13314

Дослідження характеристик регулюючих органів

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторна робота №6 Тема: Дослідження характеристик регулюючих органів Мета: Навчитись вибирати регулюючі органи в залежності від вимог до системи управління 1.Вступ Автоматизація виробничих процесів створює певні технікоекономічні переваги у всіх галу

Украинкский

2013-05-11

1.41 MB

14 чел.

Лабораторна робота №6

Тема: Дослідження характеристик регулюючих органів

Мета: Навчитись вибирати регулюючі органи в залежності від вимог до системи управління

1.Вступ

Автоматизація виробничих процесів створює  певні техніко-економічні переваги у всіх галузях сучасного господарства України.

В першу чергу змінюється характер і умови праці на виробництві. Скорочуються до мінімуму трудові затрати, понижується психологічне навантаження працівника, на його долю залишаються лише функції по перенастроювані автоматичних систем на нові режими та участь в ремонтно-налагоджувальних роботах. Зменшується число обслуговуючого персоналу і затрати на його утримання.

Важливе питання автоматизації - встановлення її раціонального рівня та об’єму, який повинен бути економічно обґрунтований, і визначення методів та засобів автоматизації.

Впровадження автоматизації приносить значний економічний ефект за рахунок заощадження енергетичних ресурсів, збільшення виробничих потужностей, підвищення якості продукції.

         Основними автоматичними пристроями які визначають технологічний режим процесу, є регулятори. Тому спочатку необхідно вибирати параметри, які необхідно регулювати, та канали внесення регулюючих впливів і лише після цього почати вибір інших параметрів.

Процес регулювання полягає в підтримуванні заданого значення регульованої величини об’єкта. Сукупність технічних засобів та об’єкта управління (регулювання) складає автоматичну систему регулювання АСР. Загальна структура найпоширеніших АСР зображена на рисунку, де Х – плинне значення регульованої (вихідної) величини; Хзд – задане значення регульованої величини; Z1Zn – збурювальні діяння на систему (об’єкт); U – регульоване діяння на об’єкт управління.

Z

ОУ

            U X

Вибираючи контрольні параметри, необхідно керуватися тим, щоб при мінімальній їх кількості забезпечувався найповніший обсяг інформації про процес.

Параметри сигналізації починають вибирати після аналізу об’єкта щодо його вибухо-  та пожежобезпечності, а також токсичності й агресивності  перероблюваних речовин. Сигналізації підлягають параметри, які можуть привести до аварії або істотно порушити технологічний режим.

Якщо в ході проведення технологічного процесу виникають вибухо- та аварійно- небезпечні ситуації, то слід передбачити відповідний захист. Параметри такого захисту вибирають залежно від того, що може бути причиною аварії.

Схеми та пристрої автоматичного блокування попереджають неправильні запуски та зупинки апаратів і машин, а також виключають можливість виконання наступних операцій, якщо не виконана хоча б одна з попередніх.

2. Загальні відомості

Об'єктом управління, зокрема регулювання, називається будь-який виробничий об'єкт (апарат, агрегат тощо), що реалізує технологічній процес та потребує організованих діянь ззовні для досягнення заданого алгоритму роботи.

Для правильного вибору закону регулювання та розрахунку настроювань регулятора, що входить до складу створюваної автоматичної системи регулювання процесу, потрібно знати статичні та динамічні властивості об'єкта цієї системи. Знання властивостей промислових об'єктів потрібні також під час розроблення систем управління технологічними процесами.

Протягом вивчення об'єктів управління одержують статичні та динамічні характеристики.

Статична характеристика об'єкта управління — це залежність вихідної (регульованої) величини об'єкта від вхідної величини (регулювальної, збурювальної) в усталеному стані.

Динамічна характеристика відображає зміну вихідної величини об'єкта в часі після певного діяння на вхід об'єкта.

Для кількісної оцінки діяння, що впливає на об'єкт, слід знати робочу (статичну) характеристику відповідного регулювального органу, яка відображає залежність витрати робочого середовища (речовини чи енергії) через регулювальний орган РО від положення його затвору, тобто:

F=f(S),

де F – витрата робочого середовища; S – лінійне чи кутове переміщення (положення) затвору РО.

За експериментального визначення статичних характеристик промислових об'єктів найчастіше застосовується прямий метод, за яким почергово задаються рядом значень вхідних величин (в межах технологічного регламенту), а потім, дочекавшись усталеного режиму, реєструють вихідну величину об'єкта.

У практиці дослідження динаміки об'єктів широко застосовується метод часових (перехідних) характеристик або кривих розгону, який полягає в нанесенні на об'єкт ступінчастих діянь шляхом стрибкоподібної зміни однієї з вхідних величин та реєстрації зміни в часі вихідної величини об'єкта.

Важлива властивість об'єктів — їх ємність, тобто здатність накопичувати в собі речовину чи енергію. Чим більша ємність об'єкта, тим відносно повільніше за даного діяння змінюється вихідна величина параметр об'єкта.

Згідно з класифікацією розрізняють об'єкти астатичні та статичні.

Астатичними є об’єкти, в яких відсутня залежність вхідних величин (припливу чи стоку речовини або енергії) від вихідної величини. У результаті цього будь-яка зміна вхідної величини, що порушує матеріальний або енергетичний баланс, призводить до безперервної зміни вихідної керованої (регульованої) величини з постійною швидкістю, пропорційною небалансу. Такі об'єкти не мають статичної характеристики.

В даному об’єкті, фактично існує залежність витрати від ступеню відкриття регулюючих органів, та режиму насосу.

3. Перелік і технічна характеристика стенду та обладнання

1 – напірний бак ;

2 – шарові крани ;

3 – насос GRUNDFOS;

4 – виконавчий механізм  EVA1M  PCB, живлення  ≈ 24В, вхідний сигнал 4-20 мА;

5 – регулюючий орган (клапан)  GV1 Globe Control Valves;

6 – виконавчий механізм  BELIMO SM230ASR, живлення = 24В, вхідний сигнал 0-10В;

7 – регулюючий орган (заслонка)  BELIMO D6..N;

8 – задатчик технологічний одноканальний  ТЕРА  Б-ЗТ-АВ-И;

9 – ПІД – регулятор ОВЕН ТРМ101;

10 – витратомір  KOBOLD DPL – L343;

11 – лічильник.

НАСОС

Коротка технічна характеристика:

Виробник: Grundfos (Данія)

Найменування: Насос Grundfos UPS15-60130 1x230V 50 Hz 9H

Группа: B1

UPS - Насос, оснащений електродвигуном з мокрим ротором і статором захищеним, без сальникових ущільнень, з двома ущільнювальними кільцями. Підшипники змащуються рідиною, що перекачується від частоти обертання.

Характеристики насоса:

Керамічні вал і радіальні підшипники.

Осьовий підшипник з графіту.

Гільза ротора і підшипникова обойма зроблені з нержавіючої сталі.

Корозійно-стійке робоче колесо, Композитний матеріал PES.

Корпус насоса з Чавуну, 1-фазний електродвигун, що не вимагає додаткового захисту.

Рідина:

Макс. температура рідини: 110 град. З

Технічні дані:

Передбачене кількість насосів:

TF клас: 110

Матеріали:

Матеріал, корпус насоса: Чавун EN-JL 1030 DIN W.-Nr 30 B ASTM.

Матеріал, робоче колесо: Композитний матеріал PES

Матеріал: (MAT)

Монтаж:

Максимальна температура навколишнього середовища при температурі рідини: 80 град. З

Макс. робочий тиск: 10 бар

Розмір трубного з'єднання: G 1 1 / 2

Допустимий тиск, розмір труби: PN 10

Монтажна довжина: 130 мм

Електричні характеристики:

Вхідна потужність при швидкості 1-2-3:

P1 швидкості 1: 45-65-90 Вт

Частота мережі електроживлення: 50 Hz

Струм при швидкостях 1-2-3: 0.2-0.3-0.4 A

Номінальний обертаючий момент при

Коефіцієнт корисної дії

Ємність конденсатора - при пуску:

Клас захисту (IEC 34-5): IP44

Клас захисту (IEC 85): H

Решта:

Hетто-вага: 2.3 кг

Повна вага: 2.5 кг

Об'єм упаковки: 0.004 м3

Виконавчий механізм EVA1M

Особливості приладу:

• ручне управління

• Компактний розмір

Можливий вибір вхідного сигналу 0-10 В або 4-20 мА, пропорційний контроль

• Реверсивний напрямок

Регулюючий орган GV 1

Серія GV1, це клапани світового масштабу. Можуть бути зручно використані в  парі з електричними приводами серії EVA1.Досить низька вартість та компактний корпус клапана. Конструкція дозволяє винятковий контроль регулювання в широкому діапазоні застосувань, включаючи центральне опалення та кондиціювання повітря, води, і промислових систем виробництва. Клапани виготовляються в різних розмірах, і доступні 2-ох чи 3-ох потокові корпуси. Штампований латунний корпус і рівна характеристика потоку ідеально підходять для багатьох систем управління потоком.

Кулькові крани

Кульові крани відносяться до типу запірної трубопровідної арматури і призначені для відкриття або закриття потоку робочого середовища в трубопроводі.

Кульові крани мають рухливий запірний орган, виконаний у формі кулі з прохідним отвором для потоку середовища, який при перекритті потоку робить обертовий рух навколо своєї осі, розташованої перпендикулярно до напрямку потоку.

Переваги кульових кранів. Кульові крани останнім часом набули широкого поширення при комплектації газових трубопроводів, не менш широко використовується даний вид запірної арматури в поєднанні з водопровідними трубами та іншими системами комунікацій. Це не дивно, адже кульові крани мають масу переваг в порівнянні з кранами та вентилями. Перш за все, кульові крани більш довговічні й надійні. Крім того, вони мають невелику вагу і габарити.

  1.  Корпус - латунь
  2.  Сідло кулі - PTFE
  3.  Приєднувальний патрубок - латунь
  4.  Ущільнення штока - PTFE
  5.  Гайка - латунь
  6.  Накидна гайка - латунь
  7.  Шпиндель - латунь
  8.  Рукоятка типу «Метелик»
  9.  Куля – латунь

              

                   

Електропривід заслонки SM230ASR

Принцип дії.  Електропривід керується стандартним керуючим сигналом 0 ... 10 В. Він відкривається до положення, продиктованого сигналом. Вимірювана напруга U дозволяє відображати дійсний стан електропривода електричним способом, а також керувати іншими електроприводами.

Просте встановлення.  Просте встановлення безпосередньо на вал заслонки за допомогою універсального захоплення, забезпечується фіксатором, запобігає обертання корпусу електроприводу.

Ручне управління. Можливо ручне управління за допомогою кнопки з самоповерненням (при натиснутій кнопці редуктор виводиться з зачеплення)

Настроюваний кут повороту. Кут повороту налаштовується за допомогою механічних упорів.

Висока функціональна надійність. Електропривід захищений від перевантаження, не вимагає кінцевих вимикачів і зупиняється автоматично при досягненні кінцевих положень

Регулюючий орган BELIMO D6..N

Застосування. Для перекриття або дроселювання потоків холодної або гарячої води в системах кондиціонування, тепло, водопостачання, пожежної безпеки.

Режими роботи. Поворотна заслінка типу "батерфляй" управляється електроприводом обертання. Застосовуються електроприводи, як з можливою зворотньої пружиною, так і без неї. Привід обирається виходячи з необхідного перекритого тиску, умов навколишнього середовища, напруги живлення і керуючого сигналу.

Властивості. Покритий полімером диск відшліфований за допомогою високоточних технологій, які забезпечують мале тертя між диском і корпусом при закриванні, низький коефіцієнт опору у відкритому стані і гарантована повну відсутність протікання в закритому. RPTFE ущільнення (армований полі тетрафлюороетілен) повністю ізолює шток заслонки від корпусу, що дозволяє поліпшити регулюючі властивості диска, зменшити затрачені зусилля на обертання і збільшити термін служби заслонки.

Диск захищений від корозії, має тривалий термін служби і може використовуватися для різних середовищ, включаючи морську воду.

Ручне управління. При використанні електроприводів серії SM ... А, GM ... А необхідно вивести редуктор із зачеплення, натиснувши кнопку на корпусі приводу. Для приводів серії AF ... ручне керування

здійснюється за допомогою шестигранного ключа.  Для приводів SY ... за допомогою прокручування колеса ручного управління.

Задатчик технологічний одноканальний  ТЕРА  Б-ЗТ-АВ-И

Призначення. Прилад призначений для видачі струмового сигналу управління приладами в різних технологічних виробничих процесах.

Прилад дозволяє здійснювати наступні функції:

  1.  встановлювати діапазон вихідного струму;
  2.  зміщувати і змінювати нахил вихідної характеристики;
  3.  вводити шкалу індукованих значень;
  4.  змінювати вихідний сигнал за допомогою клавіш з відображенням на вбудованому світлодіодному цифровому індикаторі.

Функціональні параметри задаються користувачем і зберігаються при відключенні живлення в енергонезалежній пам’яті приладу.

 Прилад може бути використаний для задачі та виконання різних технологічних процесів в промисловості, сільському та комунальному хазяйстві.

4. Опис роботи стенду

Об’єктом дослідження є залежність витрати від відкриття регулюючих органів, та швидкістю обертання насоса.

Вода надходить з водонапірного бака 1 через лічильник та витратомір, тобто вся система, в тому числі і насос 3 повинні бути під заливом! Далі потрібно поступово відкривати регулюючі органи 5 і 7 використовуючи задатчики 8. І спостерігається зміна витрати на вторинному приладі 9 та лічильнику 11.


5. Розрахунок регулювального органа

У системах автоматизації технологічних процесів, як правило, застосовуються серійно регулюючі органи, що виготовляються. Вибір конкретного типорозміру регулювального органа виробляється по каталогах і інших матеріалах у процесі виконання розрахунку, що виявляє придатність обираного органа в тих або інших конкретних умовах експлуатації. При цьому повинні враховуватися як властивості й робочі параметри середовища, що протікала через регулювальний орган, так і інші умови й вимоги, що є наслідком загальних вимог, пропонованих до системи автоматизації й до об'єкта керування в цілому.

На відміну від трубопровідних арматур серійні регулювальні органи характеризуються наступними додатковими показниками:

- умовною пропускною здатністю Kvy;

- пропускною характеристикою, що може бути лінійної або рівновідсотковою.

У такий спосіб у результаті розрахунку виробляється вибір конкретного типорозміру регулювального органа, характеризованого величиною Kvy, пропускною характеристикою й іншими показниками (умовним тиском, умовним діаметром і т.д.), передбаченими стандартами на регулювальні органи. Тому що умовна пропускна здатність  однозначно  визначає  витрату  через  регулювальний  орган  тільки  у квадратичній  області  турбулентного  режиму  руху  рідини  через  регулювальний орган, установлений у трубопроводі, що має внутрішній діаметр, дорівнює умовному проходу регулювального органа, то у випадках роботи регулювальних органів в інших умовах виникає необхідність у додаткових характеристиках. До числа таких характеристик ставляться:

FL - коефіцієнт відновлення тиску рідини за регулювальним органом;

FP  - виправлення на вплив перехідних патрубків, через які регулювальний орган

вбудовується в трубопровід;

xт - відносний критичний перепад тиску повітря для регулювального органа.

Застосування характеристик FL, FP і xт підвищує вірогідність визначення необхідноїпропускної здатності регулювального органа Kv  у тих випадках, коли він працює не в квадратичній  області  турбулентного  руху  середовища  й  установлений  через  перехідні конічні патрубки.

У тих випадках, коли в каталогах і інших інформаційних матеріалах не зазначені величини цих характеристик, їхні орієнтовні значення можна приймати по додатках даного матеріалу.

Помітимо, що підвищення вірогідності розрахунку внаслідок обліку виправлень FL, FP  і ін. буде мати місце тільки в тому випадку, коли вихідні дані для розрахунку (витрата, перепад тиску й ін.) досить точно визначають фактичні умови роботи регулювального органа.

6. ВИДИ Й ОБЛАСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ РЕГУЛЮВАЛЬНИХ ОРГАНІВ

Велика розмаїтість використовуваних у народному господарстві рідин, пар і газів з різними властивостями й параметрами обумовило безліч видів, конструкцій і виконань регулювальних органів, застосовуваних у промисловості. Усякий регулюючий дросельний орган складається із двох основних частин: нерухливого корпуса й переміщуваного щодо корпуса затвора. Пропускна здатність регулювального органа залежить від положення затвора в корпусі.

Таблиця 2

Найменування

Переваги

Недоліки

Прохідний

односідельний

Прохідний двохсідельний

Заслоночний

(поворотна заслінка)

Кутовий

Мембранний                      (з мембранним затвором)

Коефіцієнт відновлення тиску FL близький до одиниці, що забезпечує великий критичний  перепад  тиску.  Може  бути виготовлений щільнозакриваючим.

Гідродинамічні сили, що впливають на плунжер, частково врівноважені, що дозволяє використовувати виконавчі механізми малої потужності

Низька вартість, більша пропускна здатність при малих перепадах тиску, проста конструкція

Корпус повністю спорожняємо при зливі рідини із трубопроводу

Може бути щільнозакриваючий, конструктивно простий, більша пропускна здатність

Необхідні виконавчі механізми з більшим зусиллям або крутним  моментом.  Мало придатні  для  керування  потоками суспензій.

Не може бути виконаний щільнозакриваючим

Мала величина коефіцієнта відновлення FL спричиняється невеликий критичний перепад тиску.

Схильний до кавітація Висока вартість

Робочі тиск і температура порівняно невеликі

До роду руху затвора розрізняє регулювальні органи з обертовим рухом затвора  (заслоночные  регулювальні  органи,  крани  й  т.д.)  і  поступальним (односідельні й двухседельные регулювальні органи). По виду споживаної виконавчими механізмами регулювальних органів енергії розрізняють регулювальні органи з гідравлічними, пневматичними й електричними виконавчими механізмами.

Вибір регулювальних органів повинен вироблятися виходячи із властивостей технологічних середовищ, їхньої температури й тиски, у відповідності із вказівками заводів-виготовлювачів по каталогах і інших інформаційних матеріалах. У табл.2 зазначені основні достоїнства й недоліки деяких регулюючих органів, що мають широке застосування.

7. Регулювальний орган як елемент гідравлічного ланцюга об'єкта автоматизації

Всякий регулюючий дросельний орган є змінюваним керуючим гідравлічним опором гідравлічного ланцюга об'єкта автоматизації, що визначає витрату через цю лінію (мал. 1).

Розташовуваний  напір  ∆Pс    або  сумарні  втрати  тиску  в  гідравлічному  ланцюзі (включаючи перепад тиску на регульованому органі) визначають по наступній формулі

                                                          ∆Pс = Po - PK ± zρ, (1)

де Po - тиск на початку гідравлічного ланцюга, кгс/м2;

PK - тиск наприкінці гідравлічного ланцюга, кгс/м2;

z - різниця рівнів початку й кінця гідравлічного ланцюга, м;

ρ - щільність середовища, що протікає, кг/м3.

Величину zρ приймають зі знаком плюс, якщо джерело напору розташоване на верхній оцінці й мінус, якщо джерело напору розташоване на нижній оцінці. Для газу й пари, як правило, величина zρ мала.

Втрати тиску на трубопроводі й технологічних апаратах ∆Pт  (без обліку перепаду тиску на регулювальному органі) рівні

                                                           ∆Pт = ∆Pп + ∆Pм,  (2)

де ∆Pп - втрати тиску на прямих ділянках трубопроводу, кгс/м2;

∆Pм  - втрати тиску на місцевих опорах і технологічних апаратах гідравлічного ланцюга, кгс/м2.

Рис. 1. Гідравлічний ланцюг з регулювальним органом:

1 - насос; 2 - регулювальний орган

Рис. 2. Гідравлічні характеристики:

= f1(Q) - джерела напору; ∆Pт = f2(Q) - гідравлічного ланцюга (без регулювального органа)

Перепад тиску (мал. 2) на регулювальному органі ∆P буде дорівнює

∆P = ∆Pс - ∆Pт,  (3)

де ∆Pс - визначається по формулі (1), а ∆Pт - по формулі (2).

Рівняння (3) і графік на мал. 2 показують, що перепад тиску на регулювальному органі для заданої величини витрати Q є для кожного гідравлічного ланцюга цілком певною величиною, що залежить як від джерела напору, так і від гідравлічного ланцюга й не може прийматися довільно.

Залежність розташовуваного напору ∆Pс  від витрати через гідравлічний ланцюг Q,  ∆Pс  = f(Q), є характеристикою джерела напору, (наприклад, насоса).

Величини ∆Pп і ∆Pм визначаються по наступних рівняннях

                                                           (4)               

                                                                  (5)

де λ - коефіцієнт тертя для прямих ділянок трубопроводу (величина безрозмірна);

L - довжина трубопроводу діаметром D, м;

D - внутрішній діаметр трубопроводу довжиною L, м;

V - швидкість середовища в розглянутій ділянці трубопроводу, м/с;

g = 9,81 м/с2, прискорення вільного падіння;

ρ - щільність середовища, що протікає, кг/м3;

ζ - коефіцієнт місцевого опору.

Знак Σ позначає, що величини ∆Pп  і ∆Pм  виходять підсумовуванням по ділянках трубопроводу, що має різні L, D, λ і ζ.

Залежно від того, куди будуть віднесені втрати від тертя по довжині опору величину ∆Pп + ∆Pм можна розглядати подвійно:

а) у першому випадку під ∆Pт можна розуміти падіння тиску тільки на сполучних трубопроводах, L - сумарна довжина трубопроводу, а ∆Pм містять у собі втрати тиску від тертя на довжині місцевих опорів;

б) у другому випадку під ∆Pт варто розуміти падіння тиску як на з'єднуючих трубопроводах, так і на довжині місцевих опорів. У другому випадку L - сума довжин трубопроводу діаметром D і довжин місцевих опорів по їхній середній лінії, а ∆Pм  - втрати тиску від зміни напрямку й швидкості потоку, що не включають у себе втрати від тертя на довжині місцевих опорів.

У даному керівному матеріалі прийнятий другий спосіб обчислення втрат тиску й у наведені в додатках 3 і 4 коефіцієнтах опору ζ втрати від тертя на довжині місцевих опорів не враховані.

При визначенні втрат тиску необхідно розрізняти два режими руху потоку: ламінарний і турбулентний. Критерієм, що визначає режим руху потоку в трубопроводі, служить нерівність

де ReD - число Рейнольдса потоку, віднесене до внутрішнього діаметра трубопроводу D;

ReK - критичне значення числа Рейнольдса, віднесене до D.

Для круглих труб

                                                                                            (6)

де V - середня швидкість, м/с;

D - внутрішній діаметр трубопроводу, м;

υ - кінематична в'язкість середовища, м2/с.

Загальноприйнята величина ReK = 2320.

Таким чином, якщо ReD  > 2320, потік у трубі буде турбулентним, якщо ReD  < 2320 - потік у трубі можна приймати ламінарним.

Формули  для  визначення  числа  Рейнольдса  потоку  в  круглих  трубах  наведені  в додатку 5.

Для некруглих труб рівняння (6) приймає вид

                                                                                               (7)

де Dэ - еквівалентний діаметр трубопроводу, м.

Інші величини й розмірності ті ж, що й у формулі (6).

                                                          (8)

де R - гідравлічний радіус, м;

F - площа живого перетину потоку, м2;

П - змочений периметр, м.

Рівняння  (4)  справедливо  як  для  ламінарного,  так  і  для  турбулентного  потоків.

Коефіцієнт тертя 𝜆 залежить від режиму руху потоку.

Визначення 𝜆 см. додаток 6. Для некруглих трубопроводів у рівняння додатка5 необхідно підставляти ReD і DЭ, обумовлені по формулах (7) і (8).

Коефіцієнт  тертя  𝜆  трубопроводу  некруглого  перетину  при  ламінарному  режимі руху (ReDЭ < 2320) дорівнює

                                                                                                         

де K1 - коефіцієнт форми

Для прямокутного перетину з відношенням сторін b/a величина K1 дорівнює

b/a

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,7

1,0

K1

1,5

1,32

1,2

1,1

1,03

0,97

0,91

0,80

Коефіцієнт місцевого опору ς у рівнянні (5) при турбулентному режимі руху прийнято вважати постійної, що не залежить від ReD  величиною. При ламінарному русі ς ≠ const.

Загальна втрата тиску на місцевих опорах дорівнює арифметичній сумі втрат на кожному опорі за умови, що ці опори розділені прямими ділянками довжиною не менш 5D. Безпосереднє послідовне з'єднання місцевих опорів, як правило, підвищує втрати тиску.

Коефіцієнти опору технологічних апаратів (або залежності втрат тиску на них від витрати) варто одержувати в проектувальників технологічної частини об'єкта автоматизації. Для всіх місцевих опорів необхідно вказувати перетин (або швидкість), до якого віднесена величина ζ.

Значення ζ для деяких видів місцевих опорів наведені в додатку 3.

Крім цього, при визначенні падіння тиску на місцевих опорах ∆Pм рекомендується використовувати книгу: Идельчик И.Е. Довідник по гідравлічних опорах, М., 1960.

8. Залежність витрати через гідравлічний опір від перепаду тиску на ньому

Залежність між швидкістю рідини у звуженому перетині переходу f гідравлічного опору Vf  і перепадом тиску на ньому ∆P при турбулентному русі рідини виражається наступним рівнянням

                                                                                            (9)

де α - коефіцієнт витрати гідравлічного опору, віднесений до швидкості Vf;

g - прискорення вільного падіння;

ρ - щільність рідини

Залежність  між  швидкістю  рідини  перед  гідравлічним опором Vf   і перепадом тиску на ньому ∆P також може бути записана в наступному виді

                                                                                             (10)

де ς - коефіцієнт опору, віднесений до середньої швидкості перед гідравлічним опором Vf.

Напишемо рівняння нерозривності струменя для площі поперечного перерізу вхідного проходу опору F і площі проходу в його найменшому перетині f

VF · F = Vf · f.

Відповідно до цього вираження швидкість потоку перед гідравлічним опором буде дорівнювати

Підставивши знайдене значення VF у рівняння (10), одержимо

                                                                                     (11)

З порівняння рівнянь (9) і (11) видно, що

                                                                                                   (12)

або

                                                                                            (13)

Помітимо, що вираження (12) і (13) справедливі тільки в тому випадку, коли  віднесено до

F, а α до f. Площі F і f повинні бути виражені в однакових одиницях виміру.

Помноживши рівняння (9) і (11) на f, одержимо вираження для об'ємної витрати рідини через гідравлічний опір

                                                                                          (14)

                                                                                          (15)

Рівняння (14) і (15) справедливі для наступних одиниць виміру:

Q - м3/з; ∆Р - кгс/м2;

f і F - м2; ρ - кг/м3.

g - м/с2;

Рівняння (14) можна записати в такий спосіб

або

                                                                            (16)

де Q - м3/год;

f - мм2;

∆P - кгс/див2;

ρ - г/см3.

Коефіцієнт витрати гідравлічного опору ? є величина безрозмірна.

Аналогічно, рівняння (15) набере виду

                                                                               (17)

де F також у мм2, ς - величина безрозмірна. Розмірності інших величин такі ж, як у рівнянні (16).

Для круглих перетинів f і F, рівних

                                                 і ,

                                                                       (18)

і

                                                                        (19)

Рівнянням (18) і (19) можна додати наступний вид

                                                                              (20)

де

                                                                                  (21)

або

                                                                                 (22)

Нагадуємо, що у вираженнях (21) і (22) α віднесений до перетину, що має діаметр d1, а ς до перетину з діаметром d. Рівняння (21) і (22) справедливі для d1 і d у мм.

Величина Kv називається пропускною здатністю. З рівняння (20) треба, що Kv чисельно дорівнює кількості рідини в м3/год, що має щільність 1 г/см3  і протікає через гідравлічний опір (регулювальний орган) при перепаді тиску на ньому 1 кгс/див2. Рівняння (20) є основним рівнянням витрати через регулюючий дросельний орган. Воно справедливо, коли ∆P виражено в кгс/див2, ρ у г/см3, а Q у м3/ч.


9. Приклад розрахунку регулювального органа на рідині (турбулентний режим)

Дані для розрахунку

1. Найменування середовища, що протікає,  розсіл

2. Максимальна витрата Q = 340 м3/год

3. Щільність рідини ρ = 1,2 г/см3

4. Тиск перед регулювальним органом P1 = 5,3 кгс/див2

5. Тиск після регулювального органа P2 = 4,6 кгс/див2

6. Діаметр трубопроводу D = 200 мм

Розрахунок

Визначимо добуток FpKv

 

Задамося двохсідельним регулювальним органом, що має Kvy = 630 і Dy = d = 150 мм

;

 

Fp = 0,94. Отже

 

Прийнявши коефіцієнт запасу 1,2, знайдемо

Kv = 1,2×474 = 568.

Приймемо регулювальний орган, що має Kvy = 630 мм і Dy = 150 мм.


10
Порядок виконання лабораторної роботи

Для виконання досліду необхідно в першу чергу переконатися в безпечності провідників, що знаходяться у внутрішній частині стенду. Після цього увімкнути автомат.

Для виконання першого досліду необхідно закрити кульковий кран (вручну) та заслонку, встановивши значення на 2-ому задавачі в положення «0». Відкрити кран подачі води з бака.

Після цього увімкнути насос, і поступово відкривати клапан, збільшуючи значення на 1-ому задавачі до «20».

Будемо спостерігати таку залежність витрати від ступеню відкриття клапану.

Для отримання другого досліду необхідно закрити клапан, встановивши значення на 1-ому задавачі в положення «0». Далі поступово відкривати кульковий кран. І спостерігати залежність витрати.

Після отримання даних закрити кран.

Щоб виконати третій дослід, необхідно поступово змінювати значення на 2-ому задавачі до «20». Спостерігаємо залежність витрати.

Приклад 1

Приклад 2

Приклад 3

Висновок

Розробка даного стенду чудово відображає закони регулювання та гідравлічні закони. З графіків чітко видно як залежить витрата рідини від ступеню відкриття регулювальних органів. Наприклад при відкритті заслонки на 10% витрата дорівнює 1.2 л/хв., а при відкритті на 100% буде дорівнювати 5.5 л/хв.

Використовуючи виконавчі механізми та підключаючи їх до задавачі, а задавачі до мережі живлення, вмикаючи елементи один за одним в електричне коло, можна засвоїти багато уроків, що знадобляться в подальшому кожному інженеру з автоматизації!


Контрольні питання

  1.  Опишіть роботу стенду
  2.  Що називається обєктом регулювання
  3.  Що треба знати для вибору правильного закону регулювання
  4.  На що треба звертати увагу при виборі регулюючого органу
  5.  Види регулювальних органів. Їх переваги і недоліки
  6.  Як вибираюсться регулюючі дросельні органи. Куди при цьому вони монтуються
  7.  Які існують характеристики регулюючих органів
  8.  Регулювальний орган як елемент гідравлічного ланцюга об’єкта автоматизації
  9.  Яка залежність витрати через гідравлічний опір від перепаду тиску на ньому
  10.  Вплив перехідних патрубків на витрату через регулювальний орган у робочих умовах
  11.  Які є триходові регулювальні органи. Їх призначення і опис
  12.  Які є пропускні характеристики регулювальних органів
  13.  Опишіть функціональну схему стенду
  14.  Які регулюючий орган використовуеться на даному стенді?
  15.  За допомогою чого BELIMO D6..N приводиться в дію?
  16.  Опишіть роботу стенду
  17.  Залежності між швидкостями рідини
  18.  Яким буде перепад тиску, обмірюваний безпосередньо в регулювального органа?
  19.  Яким буде рівняння витрати для кожного з режимів рузу рідини?
  20.  Необхідні пропускні характеристики в найпростіших випадках
  21.  Що треба для розрахунку регулювального органа
  22.  Який порядок розрахунку регульовано органу?
  23.  Які вхідні данні треба знати для розрахунку регульвоаного органу при різних режимах?
  24.  Який порядок дій для знаття експериментальних данних?
  25.  Що видно з отриманих графіків?

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

722. Закон всемирного тяготения. Гравитация. Инертная и гравитационная масса 54 KB
  Согласно законам Ньютона, движение тела с ускорением возможно только под действием силы. Зависимость силы притяжения тел к Земле от расстояний между телами и от масс взаимодействующих тел.
723. Причины возникновения и суть монополии, ее суть, виды и типы 136 KB
  Определение понятия МОНОПОЛИЯ. Виды монополии и их характеристика. Факторы, способствующие возникновению монополии. Теоретическая сущность монополизма. Монополистическая конкуренция. Антимонопольное регулирование в условиях рынка.
724. Равномерное движение тела по окружности 53.5 KB
  Направление скорости при равномерном движении по окружности. Ускорение при равномерном движении тел по окружности (центростремительное ускорение).
725. Интертипные взаимодействия различных социотипов 75.5 KB
  Анализ и выработка подхода работы с приказами. Анализ каждого участника тренинга с точки зрения информационного обмена между структурами модели А. Сложные отношения со сходными жизненными установками и противоположными программами их реализации. Отношения мирного сосуществования при совпадении сильных и слабых сторон и несовпадении ценностей и интересов.
726. Определение теплопроводности твёрдого тела (пластина). 133.5 KB
  Определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала. Физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Коэффициент теплопроводности алюминия методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (латуни).
727. Системи числення 1.27 MB
  Аналіз сучасного стану розвитку систем числення. Подання чисел у формі з фіксованою та плаваючою комою. Лістинг програми на Microsoft Visual Studio 2010. Позиційною системою числення є звичайна десяткова система числення. Переведення з однієї системи числення в іншу.
728. Электрическое поле в веществе 158 KB
  Особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. Система уравнений Максвелла. Воздействие электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое. Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников.
729. Линейная стационарная система с постоянными параметрами 5.19 MB
  Цифровой фильтр (линейная стационарная система с постоянными параметрами – ЛПП-система) задается в дискретном времени импульсной характеристикой. Отклик ЦФ на последовательность, найденный непосредственно через уравнение свертки...
730. Формування екологічної свідомості та мислення 52.5 KB
  Формування екологічного мислення і свідомості в умовах сучасного суспільства. Загальні підходи до формування екологічного світогляду та мислення. Варіанти формування екологічної свідомості запропоновані різними авторами.