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

49261. Проект организации ТО и ремонта МТП в ЦРМ хозяйства с годовым объемом работ 56 тыс. часов 729.34 KB
  В курсовом проекте рассчитана центральная ремонтная мастерская хозяйства, обоснован технологический процесс технического обслуживания и ремонта машинного парка, в ЦРМ хозяйства с годовым объемом работ 56000 часов, разработан компоновочный план ЦРМ...
49264. Исследование четырехзвенника на кинематический и силовой анализ 1005.3 KB
  Определить скорости и ускорения во всех узлах механизма. Провести силовой анализ всех звеньев,определить уравновешивающую силу, действующую на ведущее звено.
49267. Расчет основных характеристик цифровой системы передачи непрерывных сообщений 277.47 KB
  Формирователь первичного сигнала непрерывное сообщение преобразуется в первичный электрический сигнал bt непрерывный сигнал соответствующий передаваемому сообщению. 3 Дискретизатор Дискретизирование непрерывного сигнала непосредственное умножение непрерывного сигнала ut на вспомогательную последовательность yt дискретизирующих прямоугольных импульсов единичной амплитуды. {bti} совокупность значений сигнала в моменты времени ti 4 Квантователь Округление дискретизированных мгновенных значений до ближайших...
49269. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 316.98 KB
  Практическое применение низкоэнергетических УЗ колебаний. Практическое применение высокоинтенсивных УЗ колебаний . В ультразвуковом диапазоне частот сравнительно легко получить направленное излучение; ультразвуковые колебания хорошо поддаются фокусировке в результате чего повышается интенсивность ультразвуковых колебаний в определенных зонах воздействия. Прошло чуть более ста лет с начала исследований в области применения ультразвуковых колебаний.