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

76795. Сердце — развитие, строение, топография 182.81 KB
  После срастания перегородок образуется вторичное межпредсердное отверстие овальное так как прорывается краниальная часть перегородки. Левое отверстие и митральный двухстворчатый клапан лежат на уровне IIIго реберного хряща правое и трехстворчатый клапан над IVм хрящом у грудины. Аортальное отверстие и его полулунные клапаны находятся кзади от левого края грудины на уровне IIIго межреберья; отверстие легочного ствола с полулунными клапанами над IIIим правым реберным хрящом у правого края грудины. Правое предсердие атриум декстер...
76796. Строение миокарда 183.83 KB
  Проводящая система сердца. В предсердиях и желудочках образуется разное количество слоев с неодинаковым расположением и направлением мышечных волокон сократительных кардиомиоцитов которые начинаются от мягкого соединительнотканного скелета сердца. В сократительном миокарде желудочков различаются: общий поверхностный слой с косо ориентированными волокнами начинающимися от фиброзных колец и уходящими в верхушку сердца где они образуют завиток вортекс и плавно переходят во внутренний слой; средний слой из круговых волокон являющийся...
76797. Сосуды и нервы сердца 180.54 KB
  Они венцом окружают основание сердца отчего нередко называются венечными. Левая венечная артерия проходит между началом легочного ствола и левым ушком и передней межжелудочковой ветвью спускается к верхушке сердца а огибающей ветвью по венечной борозде и задней поверхности. Наиболее выраженные и постоянные анастомозы находятся: в верхней части передней стенки правого желудочка; в передней стенке левого желудочка по левому краю; в верхушке сердца задней межжелудочковой борозде и межжелудочковой перегородке; в стенках предсердий.
76798. Сосуды большого круга 180.76 KB
  Аорта на всем протяжении делится на париетальные и висцеральные ветви и заканчивается бифуркацией на общие подвздошные артерии на уровне IVVго поясничных позвонков. Из ее париетальных и висцеральных ветвей возникают экстра и интраорганные артерии которые подходят к органам как правило с медиальной стороны используя кратчайшие пути. В части паренхиматозных органов: легких печени селезенке почке артерии разветвляются в соответствии с делением на доли сектора сегменты и более мелкие части вплоть до структурнофункциональных единиц ...
76799. Бедренный канал 180.44 KB
  Глубокое кольцо бедренного канала находится в медиальной части сосудистой лакуны под паховой связкой и ограничено: сверху – паховой связкой у места прикрепления ее к лобковому бугорку и симфизу; снизу – лобковым гребнем и покрывающей его гребенчатой связкой; медиально – лакунарной связкой заполняющей внутренний угол сосудистой лакуны; латерально – стенкой бедренной вены. В практике хорошо прощупываемая паховая связка выступает как важный клиникоанатомический ориентир позволяющий отличить бедренную грыжу от паховой так как бедренный...
76800. Медиальные и задние мышцы и фасции бедра 180.94 KB
  Медиальная бедренная мышечная группа Хорошо развита в связи с прямохождением и выполняет приведение бедра потому в основном укомплектована приводящими мышцами. Длинная приводящая мышца начинается толстым сухожилием от лобковой кости между гребнем и симфизом. Мышца лежит погранично с медиальной широкой из четырехглавой мышцы бедра. Короткая приводящая мышца с началом от тела и нижней ветви лобковой кости прикреплением к верхнему участку тернистой линии бедренной кости; приводит и сгибает бедро.
76801. Мышцы и фасции голени и стопы 190.57 KB
  Передняя мышечная группа голени Передняя большеберцовая мышца с началом от латерального мыщелка верхнелатеральной поверхности диафиза большеберцовой кости и межкостной мембраны. Мышца в голеностопном суставе разгибает и поворачивает стопу кнаружи поднимает ее медиальный край укрепляет продольный свод его пружинящую часть. От нижней части мышечного брюшка отходит в виде небольшого пучка третья малоберцовая мышца прикрепляющаяся к основанию Y плюсневой кости. Латеральная мышечная группа голени Длинная малоберцовая мышца начинается от...
76802. Развитие пищеварительной системы 184.66 KB
  Они расположены на боковых стенках головной кишки соответственно на уровне формирующейся глоточной камеры поэтому данную часть кишки называют глоточной. Передний отдел ротовой полости возникает из эктодермальных зачатков задний глубокий развивается из энтодермы глоточной кишки. Глотка развивается из краниального отдела первичной кишки путем превращения основной глоточной камеры зародыша в глотку растущего плода при отделении от нее глоточных висцеральных карманов.
76803. Полость рта 192.32 KB
  Через зев полость рта переходит в глотку. Мощная круговая мышца рта вместе с конечными частями мимических мышц смеха поднимающих и опускающих губы и угол рта все мышечные волокна вплетаются в кожу губ. Уздечки губ срединная и боковые – это индивидуально выраженные складки слизистой оболочки короткие средние длинные расположенные в преддверии рта между резцовыми участками слизистой оболочки губ и деснами.