Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

для компенсации изменения коэффициента его передачи. Это измене­

Изменение Ар приводит к изменению F, поэтому выбор клапана зависит от перепада давления в трубопроводах и от напора жидкости.

пускной способности Cv и попадает в приемный резервуар посто­ янного давления. При почти полностью закрытом клапане расход жидкости приближается к нулю, а перепад давления в системе будет в основном определяться потерями в клапане. При максималь­ ном расходе и CR < Си перепад давления в клапане значительно уменьшится. Если клапан имеет линейную характеристику, то коэф­

Коэффициент передачи клапана зависит от перепада давления на нем. Для жидкости с р = 1 имеем:

F- = С% ( л - р 2 ) = CR (ро — Pi)

Исключив переменную ри получим:

Р0—Р2

Допустим, что значение С„ соответствует максимальному откры­ тию клапана. Тогда сопротивление клапана с линейной характери­ стикой по мере изменения его проходпого сечения будет равно

60

mCv. Вводя в последнее уравнение величину относительного поло­ жения штока клапана, получим:

Ро—Рг

(1/ш6\,)2 + 1/С2д

где /—относительный расход; F — максимальный расход.

Извлекая квадратный корень из отношения двух последних равенств, найдем зависимость относительного расхода жидкости,

в сторону характеристики тарельчатого клапана. Рассмотрим эти

жидкости от положения штока клапана, который при постоянном Др совпадает с графиком зависимости относительного открытия клапана от относительного положения штока. В частности, у кла­ пана с лилейной характеристикой относительное открытие прямо пропорционально относительному положению штока. Используя значения / из рис. П-6 в качестве величин т на рис. Н-9, можно получить график зависимости относительного расхода жидкости

61

от положения штока клапана с логарифмической характеристикой прн наличии сопротивления трубопровода (рис. П-10). Из этого» рисунка видно, что использование клапана с* логарифмической характеристикой значительно уменьшает влияние сопротивления трубопровода на зависимость / от т.

Обычно для перекачивания жидкостей используют центробежныенасосы, давление в нагнетательной линии которых не постоянно, а является функцией расхода (рнс. II - 11) . Изменение напора, разви­ ваемого насосом, вызвано гидравлическими потерями в самом на­

центробежный насос при наличии перепада давления в трубопроводе можно рассматривать как источник постоянного давления.

Коэффициент передачи объекта. Выходной величиной регули­ рующего клапана является изменение расхода вещества, в результате чего изменяется величина регулируемого параметра объекта. Если регулируемым параметром является также расход вещества (как,

нальная интегралу расхода вещества (например, давление или уро­ вень), то размерный коэффициент передачи входит в постоянную времени V/F. В главе I было показано, что при регулировании уровня жидкости в резервуаре — объекте, обладающем свойством самовыравнивания, коэффициент передачи в установившемся режиме равен 1/к. При этом указывалось, что он не влияет на коэффициент передачи объекта в переходном процессе, который идентичен дина­ мическому коэффициенту передачи нейтрального объекта.

62

Если горизонтальное сечение резервуара переменно, например

Процессы переноса вещества или энергии довольно сложны; поведение объектов, в которых протекают эти процессы, предусмо­ треть в переходном режиме из-за их нелинейности одновременно по нескольким каналам очень трудно. Решение вопросов, связан­ ных с регулированием таких объектов, затруднительно. Недоста­ точно обоснованное применение средств, линеаризующих их харак­ теристики, часто ухудшает качество регулирования.

Эти процессы, широко распространенные в химической техноло­ гии, подробно рассматриваются в последних главах книги.

В качестве примера такого процесса рассмотрим процесс нейтра­ лизации продукта кислотой, требующий регулирования величины

11

^

рН продукта. На рис. П-12 показана типичная кривая нейтрализа­ ции, выражающая зависимость рН выходящего потока от отношения количеств подаваемой кислоты и поступающей в аппарат жидкости, обладающей щелочными свойствами.

Форма приведенной кривой в значительной степени влияет па процесс регулирования величины рН, так как ее наклон пред­ ставляет собой коэффициент передачи объекта. Кривая носит экспо­ ненциальный характер, причем максимальное значение тангенса угла ее наклона может достигать 1000. Точка на кривой, отвечающая заданному значению величины рН, обычно находится в области наи­ большей крутизны. Для достижения требуемой степени демпфирова­ ния при регулировании процесса нейтрализации необходимо, чтобы регулятор имел достаточно широкий диапазон пропорциональности.

Изменение нагрузки в рассматриваемом контуре регулирования может привести к довольно большому приращению величины рН и уменьшению коэффициента передачи контура. При этом регули­ руемый параметр будет очень медленно возвращаться к заданному значению. Для достижения удовлетворительной работы такого контура необходимо хотя бы частично скомпенсировать явно выра­ женную нелинейность объекта регулирования. Последняя так велика, что даже очепь незначительная компенсация ее путем изменения

63

коэффициента передачи контура позволит повысить качество регули­ рования.

Форма кривой нейтрализации является функцией свойств реаги­ рующих компонентов. Если в результате их взаимодействия состав

накладываются на первичпые. Такой переходный процесс не может быть рассчитан.

Влияние изменения нагрузки на отклонение параметра в контуре

вые пзменеппя температуры и относительного расхода жидкости, выходящей из теплообменника. Регулирование температуры жидкости на выходе из теплообменника осуществляется путем изменения

-достаточно большим, и лишь при уменьшении расхода до 20% контур регулирования обеспечивает сглаживание колебаний до ' / 4 амплитуды за один период. Описанное явление аналогично изме­ нению диапазона пропорциональности регулятора. При этом чем слабее демпфирование, тем дальше регулируемый параметр уста­

навливается от заданного значения. Такое влияние противоположно влиянию изменения диапазона пропорциональности регулятора (см. рис. 1-7). Различие кривых переходного процесса вызвано изменением коэффициента передачи объекта, который слабее демпфи­ рован и более чувствителен к возмущениям при малых объемных скоростях жидкости.

В рассмотренном примере динамический коэффициент передачи объекта — величина переменная. Это характерно для. объектов, у которых время чистого запаздывания меняется при изменении

64