Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

Двухпозиционными называются такие регуляторы, у которых регулирующий орган может занимать только два крайних фикси­ рованных положения, и при этом проходное отверстие частично либо полностью открыто, либо частично или полностью закрыто; регулируемый параметр под воздействием регулятора совершает периодические колебания, причем амплитуда и период колебаний зависят от статических и динамических характеристик регулятора

идинамических свойств объекта регулирования.

Кважнейшим характеристикам двухпозиционного регулятора относятся статическая характеристика регулирующего органа (за­ висимость пропускной способности от степени открытия), зона не­ чувствительности регулятора и время полного хода исполнитель­ ного устройства (исполнительного механизма и регулирующего органа).

Пропускная способность регулирующего органа должна на 10—15% быть больше расхода энергии или вещества из объекта при нормальной нагрузке. Для уменьшения амплитуды колебаний

ограничивают перемещение регулирующего органа. Чрезмерное ограничение нецелесообразно, так как в случае возрастания на­ грузки регулятор перестанет регулировать.

Нечувствительность регулятора объясняется наличием сил су­ хого трения, которые противодействуют перемещению его деталей. Регулятор начинает действовать лишь при некотором, вполне опре­ деленном и индивидуальном для каждого регулятора отклонении регулируемого параметра от заданного значения, при котором прео­ долеваются силы трения. Чем меньше силы трения в регуляторе, тем при меньшем отклонении параметра начинает он действовать. Разные регуляторы имеют различную по размеру нечувствитель­ ность к отклонению параметра, но даже один и тот же регулятор в зависимости от его изношенности и от качества наладки может иметь различную нечувствительность.

В некоторых двухпозиционных регуляторах (особенно электри­ ческих) предусматривается расширение зоны нечувствительности для улучшения динамических условий регулирования. В этом слу­ чае уменьшается число включений и выключений исполнительного устройства за счет увеличения амплитуды колебаний.

Под временем Гр полного хода исполнительного устройства по­ нимается промежуток времени, необходимый для перемещения ре­ гулирующего органа из одного крайнего положения в другое при максимальной скорости его перемещения.

Если время Гр меньше времени, необходимого для возвращения параметра в зону нечувствительности, то регулятор будет работать как двухпозиционный. При малой скорости перемещения регули­ рующего органа, т. е. при большом времени Гр, параметр будет успевать возвращаться в зону нечувствительности раньше, чем ре­

останавливаться в промежуточных положениях. Регулятор станет интегральным.

На объектах регулирования, не обладающих запаздыванием, амплитуда колебаний параметра при двухпозиционном регулирова­ нии незначительно превышает половину зоны нечувствительности регулятора. При наличии запаздывания в объекте амплитуда ко­ лебаний параметра будет тем большей, чем больше зона нечувст­ вительности регулятора и отношение %3/Т объекта.

Очевидно, что двухпозиционные регуляторы, как наиболее про­ стые, во избежание некачественного регулирования могут приме­ няться на объектах, обладающих наилучшими динамическими свой­ ствами. На этом основании двух'позиционные регуляторы приме­ няются, когда в объекте имеется постоянная или очень незначи­ тельно изменяющаяся нагрузка, когда объект обладает большим самовыравниванием, большим коэффициентом емкости и незначи­ тельным запаздыванием (т3/7*<0,2).

Исполнительные устройства. Исполнительные устройства явля­ ются выходными функциональными элементами автоматических регуляторов непрямого действия. Они состоят из регулирующего органа и исполнительного механизма со вспомогательными уст­ ройствами. Исполнительные устройства применяются при регули­ ровании параметров производственного процесса, непосредственно или косвенно связанных с расходом регулирующей среды. В ис­ полнительном устройстве регулирующий орган служит для изме­ нения расхода регулирующей среды, поступающей в объект регули­ рования, а исполнительный механизм — для перемещения затвора регулирующего органа.

Принцип действия исполнительных устройств основан на изме­ нении гидравлического сопротивления регулирующего органа, за­ висящего от степени открытия его проходного сечения. Изменение гидравлического сопротивления достигается перестановкой под­ вижной части (затвора) исполнительного устройства в новое поло­ жение, соответствующее либо уменьшению, либо увеличению рас­ хода регулирующей среды — газа, пара или жидкости.

Для приведения в действие регулирующих органов служат исполнительные механизмы. По роду используемой энергии они разделяются на пневматические, гидравлические и электрические.

П н е в м а т и ч е с к и е и с п о л н и т е л ь н ы е м е х а н и з м ы подразделяются на мембранно-пружинные и поршневые. Последние применяются в том случае, если необходимо развить повышенные усилия для перестановки затвора регулирующего органа из одного положения в другое. Заметим, что в системах гидравлических ре­ гуляторов поршневые исполнительные устройства называются г и д ­ р а в л и ч е с к и м и , так как к ним вместо воздуха от командного устройства подводится масло (в некоторых случаях вода).

Э л е к т р и ч е с к и е и с п о л н и т е л ь н ы е м е х а н и з м ы со­ стоят из электродвигателей, редуктора для передачи вращения ро­ тора электродвигателя на выходную ось и системы рычагов для связи выходной оси с регулирующим органом. К регулирующим

146

органам исполнительных устройств относятся односедельные и двухседельные клапаны, шланговые и диафрагмовые клапаны, по­ воротные заслонки, шиберные задвижки и шаровые регулирующие органы.

Двухседельное исполнительное устройство (рис. 41) состоит из двухседельного регулирующего органа 1, пневматического мем­ бранно-пружинного исполнительного механизма 2 и пневматичес­ кого позиционера 3. Оно приме­ няется для регулирования расхо­ дов чистых (незагрязненных) аг­ рессивных и неагрессивных жид­ ких, паро- и газообразных сред (вода сточная кислая или щелоч­ ная, кислота серная концентри­ рованная, пар водяной, сдувки сульфитные и сульфатные, фур­ фурол, скипидар и т- д.).

Обтекаемая форма затвора обеспечивает работу клапана без каких-либо вибраций и вращаю­ щих усилий. Клапан почти пол­ ностью разгружен от воздействия перепада давления, так как пере­ пады, создаваемые при проходе регулируемой среды через верх­ нее и нижнее седла, действуют на затвор одновременно в противо­ положных направлениях. Наличие небольшого выталкивающего уси­ лия объясняется тем, что пло­ щади седел и соответственно верх­ него и нижнего затворов не оди­ наковы, так как при сборке кла­ пана нижний затвор пропускается через проходное отверстие верх­ него седла и поэтому имеет мень­ шее сечение, чем сечение верхнего затвора. Длина прямого участка трубопровода перед и после двух­ седельного исполнительного уст­

ройства должна быть равной не менее 10 диаметров отверстия прохода патрубка корпуса клапана. Из-за заметного пропуска в закрытом состоянии клапан не относится к запорным.

Мембранно-пружинный исполнительный механизм состоит из верхней и нижней крышек, между которыми болтами зажата рези­ новая или из прорезиненной ткани мембрана. К штуцеру подклю­ чена соединительная линия для подвода сжатого воздуха в прост­ ранство над мембраной. Пространство под мембраной сообщается с атмосферой.

Повышение давления воздуха над мембраной вызывает ее про­ гиб, что воздействует на металлический диск и шток, который гай­ кой или другим путем соединен со штоком затвора регулирующего

в покое.

'Затвор клапана совершает полный ход вниз при возрастании избыточного давления над мембраной от 196 *ІО2 до 98ІО3 Па, что обеспечивается соответствующим натяжением пружины. Для ре­ гулировки натяжения пружины служит гайка. Между пружиной и гайкой расположены опора и шариковый подшипник, облегчаю­ щий вращение гайки при регулировке натяжения пружины. Для уплотнения клапан имеет сальниковое устройство.

Направляющий стакан служит для центрирования штока и ди­ ска, а неподвижный кронштейн — для прикрепления исполнитель­ ного механизма к корпусу регулирующего клапана. На кронштейне также крепится позиционер (позиционное реле), назначение ко­ торого состоит в следующем.

Пропорциональные и пропорционально-интегральные регуля­ торы в случае их настройки на большие пределы пропорциональ­ ности и соответственно на малые коэффициенты передачи (усиле­ ния) создают очень незначительные изменения давления воздуха в командной соединительной линии. Например, при 150%-ном пре­ деле пропорциональности изменение регулируемого параметра на 1% шкалы должно привести к перемещению затвора клапана на 0,66% от полного его хода. При этом давление в мембранной го­

вкомандной линии невелико.

Вкаждом регулирующем органе имеются трение в подвижной системе, сальнике, а также сопротивления от действия давления среды, протекающей через регулирующий орган. Эти силы проти­ водействуют перемещению затвора регулирующего органа и при­

водят к возрастанию общей нечувствительности регулятора и

кухудшению качества регулирования.

Вэксплуатации для устранения течи в сальнике часто прибе­ гают к чрезмерной его затяжке, что неминуемо приводит к резкому возрастанию сил трения в регулирующем органе. При нагревании регулирующего органа протекающей через него средой набивка сальника высыхает и силы трения еще более возрастают. При низ­ ких температурах протекающей среды загустевает смазка, что также приводит к увеличению сил трения. При больших перепа­ дах на регулирующем органе скорости потока оказываются очень большими, и получающийся со .стороны входа большой динамичес­

кий напор усиленно прижимает затвор клапана к одной стороне

148

периферии седел, вследствие чего силы трения в системе регули­ рующего органа еще более увеличиваются.

Устранение влияния действия сил трения может быть достиг­ нуто лишь за счет увеличения мощности исполнительного меха­ низма, что достигается увеличением либо диаметра мембраны, либо давления воздуха в мембранной головке.

Первый метод в практике не применяется, так как требует очень большого количества раз­ ных по размерам мембранных исполнительных механизмов, что приводит к громоздкости кон­ струкции исполнительного устрой­ ства. Второй метод, состоящий во временном увеличении давления воздуха в мембранной головке, получил широкое применение. Этот метод осуществляется по­ средством специальных пневмати­ ческих усилительных устройств, называемых позиционерами.

Позиционер уменьшает общую нечувствительность регулятора и обеспечивает преодоление трения в подвижной системе пневмати­ ческих исполнительных устройств, а также сопротивления от вяз­ кости среды, протекающей через регулирующий орган, и от ее ди­ намического напора.

Односедельное исполнитель­ ное устройство (рис. 42) имеет один затвор, что упрощает кон­ струкцию, но приводит к появле­ нию выталкивающего усилия на затворе. Поэтому требуется повы­ шенная мощность исполнитель­ ного механизма, особенно при подходе затвора к положению полного закрытия прохода седла.

Используется не только на чистых, но и на слабозагрязненных коррозионных и вязких средах (мазут, водяной пар, щелоки крепкие или слабые — белый, зеленый, варочный сульфатный, варочный нейтрально-сульфитный, слабый черный и т. п.). Клапан не является запорным.

Шланговое исполнительное устройство (рис. 43) состоит из шлангового регулирующего клапана 1, пневматического мембран­ но-пружинного исполнйтельного механизма 2 и пневматического позиционера 3.

149

Проходное отверстие закрывается посредством пережимания шланга, изготовленного из резиновых или полимерных материалов. Подбором коррозионно-стойких материалов (винипласта, полиэти­ лена, фторопласта, кислотоупорной стали и др.) обеспечивается

рубков клапана. Допустимые давления и температура применения клапана ограничены свойствами материала, из которого изготов­ лен шланг.

Усилие, которое приходится преодолевать исполнительным ме­ ханизмам при закрывании шлангового клапана, зависит от давле­ ния в трубопроводе и диаметра отверстия входного патрубка кла­

150