90174

Розрахунок параметрів системи автоматичного регулювання рівнів води в басейні (циліндричний регулятор рівня)

Контрольная

Производство и промышленные технологии

Опис конструкції і принцип дії системи автоматичного регулювання Визначення конструктивних параметрів регулятора Рівняння динаміки системи автоматичного регулювання Умова стійкості Статична характеристика...

Русский

2015-05-30

548.5 KB

0 чел.

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій

Розрахунково-графічна робота

На тему:

«Розрахунок параметрів системи автоматичного регулювання рівнів води в басейні (циліндричний регулятор рівня)»

                                                                            

                                                                                                                    Виконав:                                                                                                                     ст. ФВГ, ГВР-32

Шинкар М. О.

Перевірила:

Матус С. К.

Рівне 2013

Зміст

1. Опис конструкції і принцип дії системи автоматичного регулювання……3

2. Визначення конструктивних параметрів регулятора……………………….4

3. Рівняння динаміки системи автоматичного регулювання………………….5

4. Умова стійкості………………………………………………………....……..7

5. Статична характеристика……………………………………………………..7

Вихідні дані: витрата =0,45 ;  розрахункова глибина нижнього б’єфу = 1,05 м.

1. Опис конструкції і принцип дії системи автоматичного регулювання.

На рис. 1 представлена конструктивна схема трубчастого водовипуску з магістрального каналу, яка забезпечує автоматичне регулювання рівня води  у нижньому б’єфі при зміні витрати і рівня води у верхньому б'єфі. Такі системи використовують при гідравлічних перепадах не менше 0,7 м і витратах до 10 м3/с.

Рис. 1 Конструктивна схема системи автоматичного  регулювання рівня води.

Представлена на рис.1 система регулювання складається із об’єкта регулювання – нижнього б’єфу або басейну, циліндричного регулятора і вимірювального колодязя, який з’єднаний з нижнім б’єфом. Рівень води у нижньому б'єфі задається переміщенням поплавка. Регульованою величиною в ній є рівень води h,  а збуренням – витрата Q2.

Циліндричний регулятор рівня води складається з трубопроводу 1 з конфузором 11, запірного металевого циліндра 7, який виконує функцію регулюючого органу, важеля 6 і поплавка 4. У нижній частині циліндра знаходиться діафрагма 8, з центральним отвором, яка виконує роль демпфера (гідравлічна деференціююча ланка)ю відбивач у вигляді парасольки 9, який кріпиться за допомогою чотирьох стояків до фланця конфузора, збільшується коефіцієнт витрати регулятора з рахунок зміни напрямку потоку, що виходить із конфузора. Гумовий ущільнювач 10 забезпечує необхідну герметичність в закритому стані регулятора.

Вимірювальний колодязь 3 сполучений з нижнім б'єфом трубою 12, а з верхнім – трубкою 13. На трубі 12 і трубці 13 встановлені вентелі вибору режимів роботи: при відкритому вентилі на трубці 13 і закритому – на трубі 12 регулятор буде закритим, бо рівень води в колодязі зрівняється з рівнем води у верхньому б'єфі; при відкритому вентилі на трубі 12 і закритому на трубці 13 регулятор переводиться на автоматичне регулювання, бо рівні води в колодязі і нижньому б'єфі будуть однаковими.  

Зверху поплавок має привантажувальну камеру 5, яка по трубі 2 наповнюється водою, коли рівень води у верхньому б'єфі підніметься до аварійної позначки Нmax. При наповненні камери водою вага поплавка збільшується, що спричиняє повне відкриття регулятора. Внаслідок цього скид води у нижній б'єф значно збільшиться і не виникне переповнення верхнього б'єфу. Коли рівень води опуститься нижче позначки Нmax, вода із привантажувальної камери поступово витече через невеликий отвір і регулятор перейде на режим автоматичного регулювання рівня води у нижньому б'єфі.

Принцип дії регулятора полягає у зрівноважуванні моментів, які діють на важіль. В усталеному режимі момент від маси поплавка mп і виштовхувальної сили  Fп дорівнює моменту маси циліндра mц:

 (1)

де l1 і  l2 – плечі важеля.

При зміні втрат води  з нижнього б'єфу, наприклад на ∆Q2, знижується рівень води в ньому і у вимірювальному колодязі, що спричиняє зменшення сили Fп. Рівність (1) порушується і циліндр почне переміщатись вверх, збільшуючи подачу води у б'єфі. Цей процес буде йти доти, доки не наступить знову рівність моментів (1). При рівності моментів циліндр займе положення, при якому витрата його збільшиться на ∆Q2.

2. Визначення конструктивних параметрів регулятора.

витрата =0,45 ;  розрахункова глибина нижнього б’єфу = 0,9м.

 l1/ l2=0,5.

  1.  Основними конструктивними параметрами циліндричного регулятора, який визначає інші конструктивні параметри є діаметр конфузора:

    (2)

де Q2 – витрата нижнього б'єфу;

μ=0,46 – коефіцієнт витрати;

ВБ-hо)=0,9 м – різниця рівнів верхнього і нижнього б’єфів;

g=9,81 м/с2 – прискорення земного тяжіння.

 м

2. Висота циліндра повинна бути такою, щоб максимальний рівень води у верхньому б'єфі не спричиняв підйом циліндра, тому його висота:

 (3)

де hр – розрахункова глибина нижнього б'єфу;

ВБ-hо)=1,05 м – різниця рівнів верхнього і нижнього б’єфів;

hк =0,5 м – висота конфузора;

с=0,2 м – запас по висоті.

м

3. Визначення діаметра циліндра

(4)

м

4. Знаходимо масу сталевого циліндра з діафрагмою

  (5)

де γст=7800 кг/м3 – густина сталі;

δст=0,003 м – товщина сталевого листа, з якого виготовляють циліндр і діафрагму;

кг

5. При розрахунках приймаємо, що у статичному режимі піднімальна сила поплавка:

(6)

де mп – маса поплавка, кг.

кг∙м/с2

  1.  Тоді із умови рівності моментів (1) знаходимо масу поплавка

 =>    (7)

де mц – маса циліндра;

l1/ l2=0,5, де l1 і  l2 – плечі важеля, l2=1,5dц= 1,5∙0,65=0,98 м,  l1=0,5l2=0,5∙0,98=0,49 м.

  1.  Момент інерції при обертанні системи приймаємо

(8)

 кг∙м2

  1.  Із конструктивних міркувань приймаємо, площа поперечного перерізу поплавка

 (9)

м2

  1.  Поплавок виготовляють у вигляді куба із сталевого листа, товщиною δ=0,003 м. Його маса дорівнюватиме

 (10)

де γст=7800 кг/м3 – густина сталі.

кг

 (11)

кг

Створюючи  цю різницю  кг загрузкою каменю в поплавок.

10. Головна частина водовипуску представляє собою басейн, площу якого приймаємо Sб=15 м2.

11. Принцип дії регулятора полягає у зрівнюванні моментів, які діють на важіль

3. Рівняння динаміки системи автоматичного регулювання.

Рівняння, яким описується перехідний процес в системі при зміні витрати на ∆Q2 має вигляд

  (12)

де

(13)

де γст=7800 кг/м3 – густина сталі;

g=9,81 м/с2 – прискорення земного тяжіння.

 (14)

  (15)

де кв – коефіцієнт в’язкого тертя, який залежить від площі отвору в діафрагмі циліндра, знаходимо в розділі 4.

 (16)

Коефіцієнт к6 визначають експериментально.

 (17)

  1/м2

4. Умова стійкості.

Система автоматичного регулювання, яка описується дефернційним рівнянням 3 порядку, буде стійкою тоді, коли всі коефіцієнти лівої частини рівняння будуть додатніми числами і добуток середніх коефіцієнтів буде більшим за добуток крайніх коефіцієнтів, тобто

 або   (18)

Значення коефіцієнта к4 забезпечить стійкість системи регулювання.

В залежності від величини коефіцієнта диференціального рівняння перехідний процес в системі може бути монотонний або у вигляді затухаючих коливань.

Перехідний процес в системі 3 порядку буде монотонним, коли коефіцієнти Вишнеградського

 (19)  

Так, як А1<3,0 , то потрібно його збільшити, зменшивши к7, тоді площа басейну SБ=25м2 .

 (20)

будуть знаходитись в заштрихованій області діаграми.

Добитися цього можна, змінюючи коефіцієнт в’язкого тертя, за умови, що коефіцієнт А1>3. якщо при розрахунках виявиться, що А1≤3 то його збільшують за рахунок зменшення коефіцієнта к7.

Враховуючи коефіцієнт А1 із діаграми знаходимо коефіцієнт А=3,01.

  (21)

Звідси к4=2958,3.

5. Статична характеристика.

Статичну характеристику одержують з рівняння, яким описується динаміка системи. В усталеному режимі всі похідні дорівнюють нулю.

 (22)

За цим рівнянням будуємо статичну характеристику системи автоматичного регулювання h=f(Q2). Обрахунки зводимо в таблицю 1.

Таблиця 1.

H

1,09

1,08

1,07

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

Q2

0,15

0,25

0,35

0,45

0,55

0,65

0,75

0,85

0,95

Для збільшення точності регулювання рівня води потрібно збільшити коефіцієнт , який при заданій витраті залежить від різниці рівнів води у верхньому і нижньому б’єфах.

Точність регулювання дорівнюватиме

або

.

Отже, зі збільшенням перепаду рівнів в б’єфах точність автоматичного регулювання рівня води у нижньому б’єфі збільшується.

Література:

Баховец Б.А. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов в гидромелиорации: [учеб. пособ.] / Б.А. Баховец, Я.В. Ткачук. – Л. : Выща шк. Изд-во при Львов. ун-те, 1989. – 336 с.

Бочаров С.Ю. Автоматизация водорегулирующих комплексов: [монография] / С.Ю. Бочаров. – Ровно. : РДТУ, 2000. – 110 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61667. Квантовые постулаты Бора 24.64 KB
  Тип урока: изучение нового материала План урока: Организационный момент д з 12 мин Проверка д з 68 мин объяснение нового материала 15 мин Первичная проверка понимания учащимися нового материала...
61668. Метание малого меча в цель, стоя боком в направление метания 21.87 KB
  Основные задачи: 1. Научить технике метания малого мяча с места, стоя боком в направлении метания. 2. Способствовать развитию у учащихся подвижности в плечевых суставах и грудном отделе позвоночника.
61669. Метание в движущуюся цель. Бег сто метров на время 21.39 KB
  Цель:Овладение техникой броска мяча в движущуюся цель. Образовательные: - Обучение технике броска мяча; Развивающие: - Развитие координации движений, внимания; - развивать прыгучесть, ловкость, внимание.
61670. Металлургический комплекс 15.04 KB
  Цели Коррекционно-образовательные: Закреплять понятие (металлургия) Формировать понятия (цветная, черная) Закреплять навыки работы с календарем погоды Коррекционно-развивающие: Формировать умения анализировать при сравнении температуры в разные дни, используя календарь погоды.
61671. Конспект урока по гимнастике 21.64 KB
  Задачи: Обучающая (обучить акробатическому упражнению2-3 кувырка вперед, стойка на лопатках; совершенствовать акробатическое упражнение из положения лежа на спине «мост», перекат назад в группировке с последующей опорой руками за головой)...
61672. Линейные, разветвляющиеся и циклические алгоритмы в блок-схемах 26.95 KB
  Ребята здравствуйте сегодня на уроке мы изучим новую тему которая в свою очередь поможет нам закрепить и углубить знания полученные на двух прошлых уроках Но для начала проверим как вы справились с домашним заданием и немного повторим материал...
61673. Множества. Отношения между множествами 31.71 KB
  Цель обобщение и углубление изученного материала; проверка и закрепление знания о понятиях €œмножество и €œэлементы множества; проверка и закрепление умения устанавливать отношения между множествами сравнивать множества по числу элементов в них.
61674. Устройство компьютера 18.52 KB
  Какие виды информации вам известны По форме представления информации различают числовую текстовую звуковую графическую и видеоинформацию Что изучает наука Информатика изучением всевозможных способов передачи хранения и обработки информации занимается...