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

23875. Образные системы слова 63.5 KB
  Образные системы слова Слово насыщено народной поэзией ее художественными образами. Лихачев отмечает: Автор €œСлова€ творит в формах народной поэзии потому что сам он близок к народу стоит на народной точке зрения. Народные образы €œСлова€ тесно связаны с его народными идеямиСозданию и восприятию этнографической картины способствуют деловая военная феодальная трудовая охотничья лексика описание воинских обычаев а также использование символики.многое в художественных образах €œСлова€ рождалось самой жизнью шло от разговорной...
23876. Задонщина: образная система 26.5 KB
  СОДЕРЖАНИЕ:Дмитрий ИвановичДонской и его брат Владимир Андреевич сидят на пиру с воеводами и оповещают всехчто Мамай зочет напасть на Русьпризыв к объединению народа.войка сходятсябьются с утра и до полудняочень много убито русских войноввсе жены плачутв тот же день на рождение святой Богородицы разгромили христианские полки татардалее бегство татарСлава Донского и его братаДонской просит посчитать погибшихмолитсяпросит прощения у мертвых и возвр в МосквуНет радости от победыпотери очень великиболь от победы заглушает...
23877. Задонщина и Слово о полку Игореве 26 KB
  Задонщина и Слово о полку ИгоревеЗадонщина ориентирована на Слово о Полку ИгоревеЗадонщиназеркальное отражение Словапротивоположноефинал инойчем в слове. Слово сначала победа потом поражение З наоборот.
23878. Слово о Меркурии Смоленском 33.5 KB
  содержание:Был в городе Смоленске один человек молодой годами по имени Меркурий благочестивый в наставленьях господних обучавшийся им день и ночь славный примерной жизнью постом и молитвой сияющий будто звезда богоданная в мире этом. И придя с великою ратью под богоспасаемый город Смоленск стал тот царь от города в тридцати поприщах и многие святые церкви пожег и христиан убил и решил непременно захватить город этот. Жители впали в великую скорбь неисходно пребывали в соборном храме святой Богородицы смиренно взывая с плачем...
23879. Послание архиепископа новгородского Василия ко владыке тверскому Федору о рае 26.5 KB
  Послание о земном рае читается в Софийской первой и Воскресенской летописях под 1347гСвое послание Василий пишет в Тверьузнав о распревозникшей среди тверичей по вопросу о существовании раяСущют 2 представляения о рае:рай находится на землев другом мирекак духовное понятиесугубо мысленноеВасилий убеждает Федора в сущ.нигде не сказаночто земной рай погибон создан богома все дела божьинетленныв Иерусалиме видел калиткукот не двигается с тех поркак Иисус ее претворил не до концаесть ад на земленовгородские ватаги видели вход в...
23880. Сказание об Индийском царстве 27 KB
  Сказание рисует сказочный образ далекой Индии.все о чем человек может мечтать в повседневной жизниобеспеченностьбогатсвообилие всего вокругуверенность в настоящем и будущемвсе это представлено в сказочнопреувеличенном видеИоанн пишетчто он царь над царямии ему подченено 3300царейцарские палаты грандиозны и с земными не могут вступать в сравнениеинд царство населяют не только обычные людино и самые невероятные человеч существарогатыетрехногиемногорукие и тдфантастичен животный мирв Индии есть все и при это нет ни тятяворани...
23881. Литературно-этикетный канун жития. Житие Феодосия Печерского 29 KB
  Житие Феодосия Печерского.Житие ФЕОДОСИЯ ПЕЧЕРСКОГОПмятник древнерусской литературы написанный преподобным Нестором Летописцем.Одним из древнейших русских монастырей был киевопечерскийбольшую роль в истории монастыря сыграл его постриженика затем игуменФеодосийПамятник рассказывает о жизни игумена КиевоПечерского монастыря преподобного Феодосия начиная от его рождения прихода в монастырь до игуменства и смерти.Житие Феодосия Печерского типичное монашеское житие рассказ о благочестивом кротком трудолюбивом праведнике вся жизнь...
23882. Творчество Епифания Премудрого. Житие Стефана Пермского 22.5 KB
  Житие Стефана ПермскогоЕпифаний родился в Ростове в первой половине 14века.Перу Епифания принадлежат 2 жития:Житиве Стефана Пермского и Житие Сергия Радонежского.доводит литературноэтикетный канон до совершенствау него 2ой этапа 1ый этапутверждение канонаЖития Феодосия Печерского и Алексияпышность языкамножество ярких деталейндивид стильЕпифаний неск раз определяет характер писательского труда как плетение словессближение звуковой формы слова и его смыслаМножество повторовпричастных оборотовритмика речитрадиционные метафорыЕпиф...
23883. Творчество Епифания Премудрого.Житие Сергия Радонежского 26.5 KB
  На сороковой день мальчика принесли в церковь крестили и дали ему имя Варфоломей. Они быстро научились грамоте а Варфоломей не мог. Варфоломей рассказал ему о своих неудачах в учебе и попросил помолиться о нем. Старец дал отроку кусок просфоры и сказал что отныне Варфоломей будет даже лучше знать грамоту чем его братья и сверстникитак потом все и будетмотив исполнения желания Мальчик уговорил священника зайти к его родителям.