Виконавчі механізми та регулювальні органи

Автоматичний регулятор - це керуючий пристрій, призначений для вироблення управляючого сигналу на об'єкт управління з метою підтримання технологічних пара метрів на заданому рівні.

Рис.4.1. Узагальнена функціональна структура регулятора

Регулятори розділяються за багатьма ознаками, у тому числі й за конструкцією, але можна навести узагальнену функціональну структуру регулятора (рис. 4.1).

а) б)

Рис.4.2. Регулятори прямої дії:

а – рівня, б – тиску

На елемент порівняння ЕП поступають сигнали від вимірювального пристрою X та від задавача X_зад. На виході ЕП виробляється сигнал непогодження ∆Х=Х - X_зад. Він передається на обчислювальний елемент ОЕ, в якому, залежно від закону регулювання, формується сигнал управляючої дії Up=f(∆X). В свою чергу, ОЕ включає в себе підсилювач сигналу ПС з великим коефіцієнтом підсилювання і ланцюг зворотного зв'язку ЛЗЗ. На виході автоматичного регулятора знаходиться підсилювач

потужності ПП, який підсилює сигнал ОЕ до потужності, достатньої для переміщення виконавчого механізму. За способом дії автоматичні регулятори поділяються на регулятори прямої та непрямої дії. У регуляторах прямої дії для переміщення регулювального органу використовується безпосередньо енергія регульованої величини. Вони застосовуються у випадках, коли регульована величина має достатню енергію для переміщення регулювального органу. На рис. 4.2 наведені схеми таких регуляторів.

У регуляторі рівня (рис. 4.2,а) при зміні рівня рідини змінюється положення поплавка 1, який через важіль 2 впливає на ступінь відкриття регулювального органу 3. Тобто, коли рівень підвищується, клапан прикривається і зменшує надходження рідини у збірник. Задане значення рівня залежить від довжини штока 4.

У регуляторі тиску (рис. 4.2,6) при зміні тиску змінюється положення мембрани 1, яка через шток 5 впливає на положення регулювального органу 4. При збільшенні тиску клапан прикривається. Завдання регулятору змінюється гайкою 3, переміщення якої змінює ступінь стиснення пружини 2.

У регуляторах непрямої дії енергія до їх елементів, насамперед до підсилювача потужності, подається від зовнішнього джерела живлення, що дозволяє розвивати досить великі динамічні зусилля при переміщенні регулювальних органів та забезпечує можливість територіального розподілення автоматичного регулятора та виконавчого механізму з регулювальним органом. Крім того, регулятори непрямої дії мають більш високу швидкодію та точність. За характером регулювальної дії є регулятори неперервної та дискретної дії.

У дискретних регуляторах регулювальний орган переміщується, коли регульований параметр досягає визначеного рівня. Серед регуляторів дискретної дії найпоширеніші двопозиційні (релейні) та імпульсні регулятори.

У двопозиційних регуляторах регулювальний орган може займати одне з двох крайніх положень, наприклад, "Відкрито" або "Закрито". Зокрема, при регулюванні температури у теплообміннику позиційний регулятор переключає регулювальний орган, коли температура досягне заданого максимального або мінімального значення. На рис.4.3 наведений характер процесу двопозиційного регулювання.

Рис.4.3.Графіки процесу регулювання та зміни управляючої

дії АСР з двопозиційним регулятором

Як видно, цей процес має автоколивальний характер. Різниця між мінімальним і максимальним значенням регульованої величини називається зоною нечутливості позиційного регулятора, бо коли значення регульованої величини знаходиться всередині цієї зони, регулятор не реагує на її зміну. Переключення регулювального органу відбувається лише тоді, коли регульована величина досягне однієї з границь зони нечутливості. Амплітуда автоколивань у першу чергу залежить від величини зони нечутливості. Але її зменшення викликає збільшення частоти переключень регулювального органу, що призводить до зменшення строку роботи АСР. Частота переключень залежить також від сталої часу Т об'єкта регулювання. В об'єктах з малими значеннями Т регульована величина змінюється швидко, тому при регулюванні будуть відбуватися часті переключення, і система швидко виробить свій ресурс. Таким чином, двопозиційні регулятори використовують для процесів, які відбуваються в достатньо інерційних об'єктах, а технологічні вимоги допускають досить значні коливання регульованої змінної.

У регуляторів неперервної дії при безперервній зміні сигналу на вході регулятора регулювальний орган також переміщується безперервно. Залежність, що показує, як змінюється регулювальна дія регулятора (вихідний сигнал Up) від величини непогодження (вхідний сигнал ∆Х) Up=f(∆X) називається законом регулювання.

У регуляторах неперервної дії використовуються такі закони регулювання: пропорційні, статичні (П - регулятори); інтегральні, астатичні (І-регулятори); пропорційно-інтегральні, ізодромні (ПІ-регулятори); пропорційно-диференціальні (ПД - регулятори); пропорційно-інтегрально-диференціальні (ПІД - регулятори).

У реалізації закону регулювання найважливішу роль відіграє лінія зворотного зв'язку ЛЗЗ (рис.4.1). Наприклад, у найпростіших двопозиційних регуляторах вона відсутня. В цьому випадку поява незначного за величиною непогодження призводить, завдяки великому коефіцієнту підсилення ПС, практично миттєво до появи найбільш можливого за амплітудою сигналу Up на виході ОЕ, і регулювальний орган переміщується в одне з крайніх положень.

У пропорційних (П) регуляторах управляюча дія пропорційна сигналу непогодження (див. розділ 3).

Для аналізу особливостей П - регулятора продиференціюємо рівняння (3.25):

(4.1)

Із 4.1 витікає, що процес регулювання почнеться(), коли починає змінюватись з якоюсь швидкістю сигнал непогодження (d(∆X)/dt=0), тобто регулювання почнеться практично одночасно з появою відхилення регульованої змінної від заданого значення. Завершується процес регулювання (dUp/dt=0), коли величина непогодження перестане змінюватись, тобто коли d(∆X)/dt=0. Але при цьому величина ∆Х може залишитись не рівною 0. Це обумовлює можливість виникнення статичної похибки, тобто різниці між заданим значенням регульованої змінної та її значенням, яке залишається в кінці процесу регулювання.

Величина статичної похибки залежить від коефіцієнта передачі регулятора К_Р: чим він більший, тим менша статична похибка. Але збільшення коефіцієнта передачі обмежене вимогами стійкості системи регулювання. Через те при значних К_Р незначне непогодження ∆Х призводить до значних змін U_P, і процес регулювання буде наближатись до позиційного, а його характер - до автоколивального.

Таким чином, П - регулятори мають добрі динамічні характеристики, тобто процес регулювання характеризується малим часом регулювання, і незадовільні статичні характеристики, бо в кінці регулювання виникає статична похибка. Тому П - регулятори використовуються у випадках, коли час регулювання має бути невеликим, а технологічний процес допускає наявність статичної похибки.

У пропорційних регуляторах ЛЗЗ являє собою підсилювач зі змінним коефіцієнтом підсилення, а сигнал ЛЗЗ є сигналом від'ємного зворотного зв'язку. При появі непогодження ∆Х ПС(рис.4.1) виробляє сигнал, який також передається по лінії зворотного зв'язку ЛЗЗ знову на вхід ПС. Оскільки зворотний зв'язок є від'ємним, то сигнал на вході ПС є різницею сигналів ∆Х і Хзз. Таким чином, результуючий сигнал на вході ПС є меншим від сигналу ∆Х, і вихідний сигнал U_P на виході ОЕ не досягне

найбільшого можливого значення. Подальше збільшення сигналу ∆Х призведе до пропорційного збільшення Up.

Наведені на рис. 4.2 регулятори прямої дії працюють за пропорційним законом регулювання. Наприклад, якщо значення тиску у трубопроводі збільшиться, то мембрана буде прогинатись сильніше, і регулювальний орган буде прикриватись, зменшуючи витрату речовини. Але й пружина, яка виступає у ролі зворотного зв'язку, буде більш стискуватись і протидіяти прогину мембрани. Як тільки сила протидії стане дорівнювати силі тиску, рух рухомих частин регулятора призупиниться і настане новий стан рівноваги, при якому новому значенню тиску буде відповідати нове пропорційне положення регулювального органу.

У регуляторах, які формують управляючі дії за складнішими законами регулювання, ЛЗЗ має більш складні елементи, ніж звичайний підсилювач.

Пропорційно-інтегральні регулятори поєднують переваги П - та I-регуляторів. У них управляюча дія пропорційна як непогодженню, так і інтегралу від нього (див. розділ 3.).

Для аналізу особливостей ПІ-регулятора скористаємось методикою, яку використовували для П-регулятора.

Якщо продиференціювати рівняння (3.28), отримаємо:

dU_p/dt = K_p (∆X/dt + l/T*AX). (4.2)

Аналізуючи (4.2), бачимо, що процес регулювання (dU/dt ≠ 0)

починається, як і у системі з П - регулятором, коли почне змінюватись непогодження (d(∆X)/dt≠0). Але закінчиться процес регулювання (dU/dt =0) лише тоді, коли регульована величина стане рівна заданій, тобто коли ∆Х=0. За рахунок цього ПІ-регулятор ліквідує статичну похибку, але час регулювання приблизно вдвічі біль ший, ніж у П-регулятора. У ПІ - регуляторах використовується зворотний зв'язок не за положенням - регулювального органу, як у П - регуляторах (жорсткий від'ємний зворотний зв'язок), а за швидкістю його переміщення, тобто використовується гнучкий, або пружний зворотний зв'язок. У цьому випадку дія зворотного зв'язку повністю проявляється у перехідному процесі регулювання, а потім, у статичному стані, зникає.

Рис.4.4. Схема пропорційно – інтегрального

Регулятора

На рис 4.4 наведена схема пропорційно-інтегрального гідравлічного регулятора тиску. Припустимо, що тиск у трубопроводі збільшився. Це зумовлює деформацію сильфона 1, який переміщує точку С вниз. Через те що у перший момент часу точка О важеля ОВС нерухома, одночасно з переміщенням точки С буде переміщатись і точка В важеля, до якої прикріплений шток поршня 3 золотника 4. Переміщення золотника призводить до того, що мастило від насоса починає поступати під поршень 6 гідравлічного виконавчого механізму 7, який починає з великою швидкістю переміщати регулювальний орган 5 вгору, зменшуючи тиск у трубопроводі. Шток виконавчого механізму з'єднаний з поршнем 10 додаткового гідроциліндра 9. Оскільки мастило практично не стискається, а дросель 11 перешкоджає швидкому пе­ретоку мастила з верхньої порожнини гідроциліндра у нижню, циліндр буде переміщатись з поршнем 10 як єдине ціле. У результаті цього переміщення регулювального органу буде передаватись точці О, що призведе до повороту важеля ОВС навколо точки С та стиснення пружини 12. Це призведе до повернення поршня 3 золотника 4 у середній стан та припинення переміщення регулювального органу. Регулювальний тиск буде мати значення, яке відрізняється від початкового. Це пояснюється тим, що система прийшла у рівновагу, коли пружина 12 знаходиться у більш стиснутому стані, ніж спочатку. До цього моменту регулятор працював, як пропорційний. Далі починає розтискатись пружина 12, її зусилля діє на гідроциліндр 9 зверху донизу, в його верхній порожнині створюється підвищений тиск. Під дією цього тиску мастило перетікає з верхньої порожнини у нижню через дросель 11, опір якого визначає швидкість перетоку. При цьому гідроциліндр буде опускатись (оскільки поршні 6 та 10 залишаються нерухомими) і важіль ОВС починає повертатись відносно точки С. Точка В буде спускатись донизу і це призведе до додаткового переміщення регулювального органу вгору. Дія регулятора закінчиться лише після того, як зникне деформація пружини 12 і важіль повернеться у вихідний стан, тобто регульована величина досягне заданого значення. Гідроциліндр 9 утворює гнучкий зворотний зв'язок, ступінь дії якого регулюється дроселем 11. При повністю закритому дроселі, тобто коли Т_і безмежно великий, ПІ-регулятор перетворюється у П-регулятор.

У випадках, коли необхідно поліпшити динамічні характеристики П - та ПІ - регуляторів, замість них використовуються ПД- та ПІД-регулятори, в які додатково введена диференціальна складова (див.розділ 2, рівняння 3.29). Аналіз рівняння після диференціювання показує, що в цих регуляторах процес регулювання починається вже при появі сигналу за прискоренням зміни непогодження (d²(∆X)/dt²), тобто значно швидше, ніж у П - та ПІ-регуляторів. Форсування початку регулювання призводить до того, що системи з цими регуляторами

мають маленьку динамічну похибку. Але незважаючи на ці переваги, ПД- і, особливо, ПІД-регулятори використовують рідко, тому що вони складніші як конструкцією, так і при наладці.

Імпульсні регулятори використовуються у поєднанні з інтегруючими виконавчими механізмами, якими є електричні виконавчі механізми з постійною швидкістю обертання вихідного елемента. Регулятори на виході формують послідовність імпульсів напруги постійного струму, які керують виконавчим механізмом за принципом "включено-відключено". Тривалість імпульсів, а відповідно і час спрацьовування виконавчого механізму, пропорційні непогодженню. Імпульсні регулятори у поєднанні з виконавчими механізмами постійної швидкості дозволяють, з деяким наближенням, сформувати традиційні закони регулювання (П, ПІ, ПІД).

Залежно від виду енергії, яка використовується у регуляторах непрямої дії, вони розділяються на електричні, пневматичні, гідравлічні та комбіновані.

Електричні регулятори. При будь-якому варіанті конструкції електричного регулятора у його структуру входять вимірювальний, формуючий, підсилювальний та виконавчий блоки. Електричні сигнали (або один сигнал) X від датчиків поступають на вимірювальний блок, де відбувається їх попередня обробка (масштабування, фільтрація та ін.). Оброблений сигнал Х₁ подається на елемент порівняння, де від нього віднімається сигнал Х_зад від задавача. Сигнал непогодження поступає у функціональний блок, який складається з підсилювача сигналу (з великим коефіцієнтом підсилення) та лінії зворотного зв'язку. Після цього сигнал у вигляді напруги подається на підсилювач потужності, а з нього - на виконавчий механізм.

Конструктивно регулювальні пристрої можуть бути функціонально незалежними або ж входити до агрегатних комплексів спеціалізованого чи широкого призначення. У табл. 4.1 наведені основні типи

автоматичних регуляторів, які входять до складу найбільш розповсюджених агрегатних комплексів.

До складу агрегатних комплексів, поряд з автоматичними регуляторами, входять різноманітні блоки для вводу-виводу сигналів, первинної обробки контрольної інформації, функціональні обчислювальні блоки, засоби оперативного управління, живлення, сервісні та ін. Пневматичні регулятори являють собою технічні пристрої, які використовують енергію стисненого повітря. Вони пожежно - та вибухобезпечні, мають велику надійність, прості в обслуговуванні. До недоліків відносять порівняно низьку швидкодію та високу енергомісткість. Вони побудовані в основному на базі універсальної системи елементів промислової пневмоавтоматики (УСЕППА) та комплексу мініатюрних елементів і модулів пневмоавтоматики (КЕМП). Для автоматизації харчових виробництв найбільше використовують регулятори системи "СТАРТ".

Для автоматизації складних технологічних процесів з великою кількістю параметрів використовують пневматичні агрегатні ком­плекси: Центр, Режим, Номінал, Ритм, Астра та ін.

Виконавчі механізми (ВМ) призначені для переміщення регулювального органу (РО) відповідно до команди автоматичного регулятора. Практично виконавчий механізм перетворює сигнал однієї

природи, який поступає від автоматичного регулятора, у механічне переміщення регулювального органу. Крім того, ВМ можна розглядати як підсилювач потужності, за допомогою якого слабкий сигнал регулятора, багаторазово підсилюючись за рахунок енергії живлення ВМ, подається на РО. Виконавчий механізм, який працює в автоматичній системі регулювання, повинен не тільки переміщати РО, але й забезпечити це переміщення з найменшими спотвореннями сигналу регулятора.

Для порівняльної оцінки виконавчих механізмів використовуються такі показники: швидкодія (величина, обернена часу переходу виконавчого механізму з одного стану рівноваги в інший); точність (величина, обернена максимально можливій похибці встановлення виконавчого механізму в новий стан рівноваги); максимальне навантаження (найбільший момент або зусилля, яке може передати ВМ); коефіцієнт корисної дії; зона нечутливості (область, в межах якої зміна величини управляючого сигналу не призводить до руху виконавчого механізму) та ін.

Таблиця 4.1

Типи електричних та пневматичних регуляторів і пристроїв

Регулятори електричних агрегатних комплексів	Пневматичні регулятори та пристрої
	Тип регулятора	Тип
Агрегатний комплекс	імпульсний вихід	анало­говий вихід	Призначення
РП2	РП2-ПЗ	КП2	ПР1.6М	Двопозиційний регулятор
ЕАУ РП2 С	РПИ	КПИ	ПР2.8	П - регулятор
Каскад	Р21	Р12	ПР3.31	ПІ-регулятор
Каскад-2	Р27	Р17	ПРЗ.ЗЗ	ПІ - регулятор з місцевим задавачем
АКЕСР	РБИ	РБА	ПР3.34	ПІ-регулятор співвідношення
АКЕСР-М	РБИМ	-	LJIP3.35	ПІ Д - регулятор
АКЕСР	РБИМ	-	ПВ3.2М1	Показуючий пристрій із станцією управління
Контур	Р25.РС29	К15	ПВ10.13	Реєструючий пристрій із станцією управління
КМ2201	БРАР1	БРАА1	ПКП.1	Реєструючий пристрій для одної змінної
			ПКР.1	Реєструючий пристрій для одної змінної

Залежно від роду енергії, яка використовується виконавчим механізмом, вони розділяються на електричні, пневматичні та гідравлічні. В системах автоматизації процесів харчових виробництв використовуються, в основному, електричні та пневматичні виконавчі механізми.

Електричні виконавчі механізми, які використовують електричну енергію, розділяються на електромагнітні та електродвигунні.

В електромагнітних виконавчих механізмах переміщення РО відбувається за рахунок дії електромагнітної котушки. Такі ВМ можуть використовуватись у випадках, коли регулювальний орган повинен займати фіксоване положення, наприклад, "Відкрито" та "Закрито" в релейних (позиційних) системах автоматичного регулювання.

а) б)

Рис.4.5. Електромагнітні виконавчі механізми

Найпростіші електромагнітні ВМ (рис. 4.5, а) мають одну електромагнітну котушку (ЕК). Коли на неї подається управляючий сигнал постійного або змінного струму, шток втягується в котушку соленоїда, і клапан повністю відкривається. Коли управляючий сигнал зникає, шток під дією зворотної пружини повертається у вихідний стан, і клапан закривається. Недоліком такої конструкції є постійне споживання електроенергії. Тому такі ВМ доцільно використовувати у випадках короткочасного спрацьовування.

Більш економними є електромагнітні ВМ з додатковим електромагнітом (ЕЗ), який управляє спеціальною защіпкою (рис. 4.5,6). Коли на головний електромагніт ЕК подається сигнал, шток втягується у котушку соленоїда, спрацьовує защіпка (3) і фіксує шток у цьому положенні. При цьому блокуючий контакт БК розриває ланцюг живлення головної котушки. Якщо необхідно закрити клапан, управляючий сигнал подається на котушку защіпки (ЕЗ), вона відкривається і звільняє шток, який під дією зворотної пружини повертає його у вихідний стан. При цьому інший блокуючий контакт БЗ розриває ланцюг живлення котушки защіпки. Завдяки високій швидкості спрацьовування електромагнітні ВМ часто використовують в автоматичних системах блокування. Недоліком є імовірність виникнення гідравлічних ударів у трубопроводах, де вони використовуються.

Більш поширеними, ніж електромагнітні, є електродвигунні ВМ, які працюють з електричними регуляторами. Вони можуть створювати великі зусилля переміщення, їх можна встановлювати на великій відстані від регулятора. Але вони мають великі габарити, споживають багато енергії, складні в налагодженні та обслуговуванні.

В електродвигунних ВМ використовуються електродвигуни з постійною швидкістю обертання вихідного елемента. Вони можуть обертатись у той чи інший бік або знаходитись у нерухомому стані. Ці ВМ реалізують типові закони регулювання в імпульсній формі, тобто переміщення вихідного елемента ВМ відбувається за рахунок короткочасних включень електродвигуна, з певною тривалістю станів включення та відключення. Вони можуть мати контактне або безконтактне управління.

За характером руху вихідного елемента електродвигунні ВМ розділяються на однооборотні, багатооборотні та прямоходні.

У однооборотних ВМ вихідний вал обертається у межах одного оберту на 360°. Механізми типу МЕО, МЕОК та МЕОБ використовуються у системах автоматичного регулювання для приведення в рух таких регулювальних органів як заслінки, крани і т.д. Вони оснащені

ручним дублером, електромагнітними гальмами, кінцевими вимикачами, датчиками положення вихідного вала; мають багато модифікацій, які відрізняються потужністю та швидкодією.

а) б)

Рис. 4.6. Електродвигунний виконавчий механізм:

а - загальний вигляд; б - електрична схема включення

Електродвигунний ВМ (рис.4.6) складається з електродвигуна 3 з електромагнітним гальмом 4, блока 5 з кінцевими вимикачами, черв'ячного редуктора 2 та вихідного вала 1 редуктора для з'єднання з регулювальним органом. Пуск електродвигуна для обертання в той чи інший бік забезпечується контактами 1РБ або 2РБ реле автоматичного регулятора. Для відключення електродвигуна, коли вал редуктора досягне крайніх положень, призначені кінцеві вимикачі КВО та КВЗ, через контакти яких підключаються сигнальні лампи ЛО або ЛЗ. Кнопка КС призначена для аварійної зупинки електродвигуна ВМ.

Однооборотні ВМ типу ДР-М та ДР-1М використовуються у системах двопозиційного регулювання та ручного управління, механізми типу ПР-М та ПР-1М призначені для використання у системах пропорційного регулювання, а механізми ИМТМ - у системах автоматичного регулювання, які потребують забезпечення великої швидкості переміщення регулювального органу.

Багатооборотні електродвигунні ВМ, наприклад,типу MEM використовуються для управління запірними регулювальними органами (вентилями, засувками). Вони додатково обладнані муфтою граничного моменту, яка відключає електродвигун при пере вантаженнях вихідного вала виконавчого механізму - коли шток регулювального органу досягне крайнього положення.

Прямохідні електродвигунні ВМ типу РИМЗ, вихідний вал яких переміщується поступально, використовуються для дистанційного та автоматичного управління шиберними засувками на елеваторах, хлібоприймальних пунктах та інших підприємствах.

Пневматичні виконавчі механізми працюють з пневматичними регуляторами, відрізняються високою надійністю та простотою обслуговування, розвивають досить великі зусилля переміщення.

Найширшого розповсюдження набули мембранні ВМ, в яких зусилля переміщення створюється повітрям, тиск якого змінюється в межах 20-100 кПа. Основним елементом цих ВМ є мембрана 2 (рис. 4.7), яка герметично закріплена у корпусі 1. Жорсткий центр мембрани з'єднаний з вихідним штоком 3, який здійснює зворотно - поступальний рух. Зусилля переміщення в одному напрямі створюється за рахунок тиску стисненого повітря у робочій порожнині на мембрану, у протилежному - за рахунок зусилля зворотної пружини 4. Залежно від напряму руху вихідного штока ВМ бувають прямої та зворотної дії. У механізмах прямої дії, коли тиск повітря у робочій порожнині збільшується, вільний кінець штока віддаляється від площини закріплення мембрани. У механізмах зворотної дії підвищення тиску у робочій порожнині зумовлює наближення вільного кінця штока до площини закріплення мембрани. Ці варіанти конструкції дають можливість реалізувати різні за дією виконавчі пристрої - нормально відкриті та нормально закриті.

Рис.4.7. Мембранний виконавчий механізм

Поршневі виконавчі механізми типу ПСП - це механізми, в яких зусилля для зміни положення РО створюється за рахунок зміни тиску робочого середовища у порожнинах поршня. Поршневі виконавчі механізми відрізняються від мембранних більшою величиною переміщення РО та більшим зусиллям, яке він передає.

Різновидом поршневих механізмів є поршневий поворотний пневмодвигун типу ПДП, який призначений для здійснення обертального руху. У корпусі пневмодвигуна розміщена шестерня. Вона входить у зачеплення зі штоком-рейкою, який з'єднує поршні двох

пневмоциліндрів. Один пневмоциліндр обертає шестерню в один бік, а інший - в протилежний. Кут повороту вала двигуна - 180°.

Широке розповсюдження отримали лопатеві виконавчі механізми, до яких відносять поворотні пневмодвигуни типу ППР. Принцип дії пневмопривода оснований на створенні обертаючого моменту на валу поворотної заслінки 1 (лопаті), яка переміщується всередині порожнистого корпусу 2 під дією стисненого повітря (рис.4.8).

Рис.4.8. Схема поворотного пневмопривода ППР

Для забезпечення точності зупинки вихідних елементів пневматичних ВМ та підвищення їх швидкодії при використанні пневмоприводів ППР в тяжких умовах (велика швидкість проходження середовища, підвищена в'язкість, великі розміри ВМ, велика довжина пневматичної з'єднувальної лінії) в комплекті з ними додатково використовують позиціонери - пневматичні підсилювачі потужності зі

зворотним зв'язком за положенням вихідного елемента ВМ. Регулювальні органи призначені для зміни витрати речовини або енергії для об'єкта регулювання шляхом зміни його пропускної спроможності. Регулювальний орган складається з двох основних частин: затвора - рухомої частини РО, переміщенням якого досягається зміна прохідного перерізу І, відповідно, пропускної спроможності; сідла - нерухомої частина РО, яке утворює разом з затвором прохідний переріз.

Під пропускною спроможністю К_у розуміють витрату рідини густиною 1000 кг/м³, яку пропускає РО при перепаді тиску на ньому 0,1 МПа. Пропускна спроможність залежить від типу та розміру РО і ходу його затвора. Величину К виражають у м³ /год. Максимальну величину пропускної спроможності, яка відповідає повністю відкритому - РО, називають умовною пропускною здатністю. її також виражають у м³/год. Умовним проходом у РО називають номінальний діаметр отвору РО у з'єднувальних фланцях і позначають Ду. Значення Ду відрізняється від розмірів всередині корпусу РО.

Залежність пропускної спроможності РО від переміщення його затвора називають пропускною характеристикою; залежність прохідного перерізу від переміщення затвора - конструктивною характеристикою.

У системах автоматичного регулювання використовуються РО таких типів: одно - та двосідельні клапани, заслінки, засувки, шлангові та діафрагмові РО та ін.

В односідельних РО (рис.4.9,а) зміна пропускної спроможності досягається за рахунок поступального руху затвора вздовж осі проходу одного сідла, а двосідельних - двох сідел (рис.4.9,б). Перші мають незрівноважений затвор, бо середовище діє на нього зверху та знизу з різними силами. Це впливає на роботу виконавчого механізму, і тому ці клапани використовують для малих Ду та при низькому тиску середовища. Двосідельні клапани мають майже зрівноважений затвор, бо технологічне середовище, обтікаючи його, створює приблизно однакові сили. Тому їх використовують у виконавчих пристроях великого розміру при роботі з великими тисками середовища.

а) б)

Рис.4.9. Односідельний (а) та двосідельний

(б) регулювальні клапани

Регулювальні клапани випускають з лінійною та рівнопроцентною пропускною характеристикою. При лінійній характеристиці величина пропускної спроможності пропорційна положенню затвора, а при рівнопроцентній приріст пропускної спроможності пропорційний поточному значенню пропускної спроможності. Пропускну характеристику клапана вибирають такою, щоб забезпечити постійний коефіцієнт підсилення автоматичної системи регулювання на всьому діапазоні роботи клапана. Якщо основними збуреннями об'єкта є зовнішні фактори, наприклад, зміна складу сировини, то бажано вибирати клапан з лінійною характеристикою. Якщо ж основним збуренням об'єкта є збурення по регулювальному каналу, наприклад, зміна тиску середовища, яке проходить через нього, то вибирають клапан з рівнопроцентною характеристикою.

Регулювальна заслінка - РО, в якому зміна пропускної спроможності досягається за рахунок повороту заслінки. Заслінки у порівнянні з іншими РО мають невеликі габарити та масу, а у відкритому положенні - невеликий гідравлічний опір, не створюють застійних зон. Цей РО являє собою корпус 1 у вигляді кільця (рис.4.10), у якому на валу 2, розташованому перпендикулярно до потоку, обертається заслінка 3. Щоб забезпечити можливість щільного перекриття пропускного отвору при закритті заслінки, з внутрішнього боку, корпусу або на зовнішній поверхні (по краю) заслінки закріплюється ущільнювальне кільце 4.

Рис. 4.10. Регулювальна заслінка

Для регулювання потоків агресивних середовищ розроблений діафрагмовий РО (рис.4.1І). Зсередини чавунний корпус 1 покритий хімічно стійким мате ріалом (поліетилен, гума, фторопласт) або емаллю. Гнучкий затвор - еластична діафрагма 2, виготовляється з гуми або фторопласту. Вона закріплена між корпусом 1 та кришкою 3, а у центрі прикріплена до хрестовини 4. Для запобігання прогину діафрагми під тиском робочого середовища використовується телескопічна опора 5. Переміщення центра діафрагми зумовлює зміну прохідного перерізу РО. Ці РО призначені для роботи при низьких тисках та нормальній температурі. Для зміни витрати середовищ, які мають тверді частки, використовують шлангові РО (рис.4.12). Роль затвора виконує еластичний шланг 3, який закріплений між корпусом 1 та фланцями 2. Всередині шланг передавлюється роликами 5 та 6, які рухаються у

протилежних напрямках при переміщенні штока 4. Шланг виготовляється з гуми, фторопласту або поліетилену. У шлангових РО продукт не застоюється, можна швидко замінити шланг. Але їх можна використовувати при температурах до 100°С та невеликих тисках (до 980 кПа). [ 1. ст.123-137; 2. ст. 166-176; 3. ст. 187-264;]

Рис.4.11. Діафрагмовий РО

Рис.4.12. Шланговий РО

Контрольні питання до розділу 4.

1. Які групи технічних засобів можна виділити?

2. Які основні елементи входять у структуру автоматичного регулятора?

3. В чому полягає відмінність між регуляторами прямої та непрямої дії?

4. Для яких об'єктів доцільно використовувати позиційні регулятори?

5. Які закони регулювання використовуються у регуляторах безперервної дії, які їх основні властивості?

6. Яке призначення виконавчих механізмів та регулювальних органів?

7. Які типи виконавчих механізмів Ви знаєте?

8.Які типи регулювальних органів використовуються у системах управління?

Дата добавления: 2014-01-07