Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf

Из этого уравнения следует, что регулирующее воздействие астатического регулятора пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины от ее заданного значения, т. е. это воздей­ ствие будет тем больше, чем больше отклонится регулируемая ве­ личина от заданного значения и чем длительнее будет это отклоне­ ние.

На рис. VII. 10, а показана схема астатического регулятора дав­ ления прямого действия, в котором чувствительным и управляющим элементом является мембрана. Силу, противодействующую пере­

а — схема; б — график действия

гана. Плунжер этого регулятора может находиться в равновесии лишь при условии равенства моментов сил, действующих на рычаг с грузом относительно точки опоры 5. Один из этих моментов созда­ ется давлением среды над мембраной, другой — массой груза 3. Если момент силы давления больше момента силы массы груза, то плунжер опускается, а если меньше — поднимается. Следователь­ но, при постоянной массе груза перемещение плунжера зависит только от изменения давления среды над мембраной.

Давление над мембраной, при котором моменты сил равны, со­ ответствует давлению задания, т. е. тому, которое должен поддер­ живать регулятор. При отклонении регулируемого давления от заданного система начнет перемещаться. Если, например, регули­ руемое давление стало выше заданного, то плунжер переместится вниз. Причем он будет двигаться вниз и прикрывать проходное сечение до тех пор, пока регулируемое давление не станет равным заданному. При уменьшении регулируемого давления плунжер бу­ дет перемещаться вверх до тех пор, пока это давление снова не ста­ нет равным заданному. Плунжер 2 этого регулятора перемещается медленно из-за наличия дросселя 6 на трубке, соединяющей

136

основной трубопровод с камерой над мембраной 1. Этот дроссель замедляет поступление воздуха в мембранную камеру или выход из нее. На скорость движения плунжера влияет количество жидкос­ ти или газа, поступающего в камеру или выходящего из нее в еди­ ницу времени. Это количество зависит от величины сечения дросселя и пропорционально величине отклонения регулируемого давления от заданного значения.

На рис. VII. 10, б дана кривая переходного процесса при регу­ лировании астатическим регулятором. Астатический регулятор, стремясь привести систему к равновесию, изменяет регулирующее воздействие. Но так как система обладает инерцией, то возможно отклонение регулируемой величины в сторону, противоположную начальному рассогласованию. Такое отклонение регулируемой ве­ личины в противоположную сторону называется перерегулирова­ нием. Перерегулирование увеличивает время переходного процесса и ухудшает динамические качества процесса регулирования аста­ тическим регулятором. Из-за склонности астатических регуляторов к перерегулированию их применяют только в системах с самовыравниванием, с небольшим запаздыванием и с небольшими возму­ щениями.

§ VII.6. СТАТИЧЕСКИЕ (ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ) РЕГУЛЯТОРЫ

Статическим, или пропорциональным, регулятором П(рис. VII. 11) называют такой регулятор, у которого величина перемещения ре­ гулирующего органа пропорциональна отклонению регулируемого параметра. Это значит, что каждому значению регулируемого па­ раметра в пределах зоны регулирования прибора соответствует определенное положение регулирующего органа. Пропорциональ­ ная зависимость между перемещением регулирующего органа и отклонением регулируемой величины от ее заданного значения в П-регуляторе достигается за счет действия жесткой обратной связи.

Величина, обратная коэффициенту передачи регулятора «Р называется статизмом или коэффициентом неравномерности регуля­ тора, а величина «р 100 — диапазоном дросселирования (зоной ре-

гулирования).

Статический коэффициент передачи kp является параметром на­ стройки П-регулятора. Это значит, что величина перемещения ре­ гулирующего органа при отклонении регулируемого параметра на 1 % может быть установлена заранее и в каждом отдельном случае ее определяют расчетом или экспериментально при настройке сис­

137

темы регулирования. Пропорциональные регуляторы снабжают устройством, при помощи которого может быть установлен соответ­ ствующий диапазон дросселирования (предел пропорциональности).

Пределом пропорциональности называют участок шкалы регу­ лятора, выраженный в процентах всей шкалы, в пределах которого изменение регулируемого параметра вызывает перемещение регу­ лирующего органа из одного крайнего положения в другое. Чем больше предел пропорциональности, тем на меньшую величину пе­ ремещается регулирующий орган при одном и том же изменении па-

й

а — схема; б— график действия

раметра. Например, в регуляторах с пределом пропорциональности 60 отклонение измерительной стрелки на 60% шкалы вызовет пол­ ное перемещение клапана из одного крайнего положения в другое,

а отклонение стрелки на 1 % шкалы перемещает клапан на ^ его

полного хода. Если значение предела пропорциональности выше 100, регулирующий орган при изменении параметра в пределах всей шкалы регулятора не перемещается на полный ход.

Пропорциональный регулятор при изменении нагрузки в объ­ екте регулирования неполностью устанавливает заданное значение регулируемого параметра; имеется так называемое остаточное от­ клонение параметра, или статическая ошибка. Наличие статической ошибки в процессе регулирования позволяет применять статичес­ кие регуляторы только для таких технологических процессов, ко­ торые допускают некоторое отклонение регулируемой величины от заданного значения. При регулировании объектов с большим коэф­ фициентом емкости и без запаздывания следует пользоваться ма­ лым пределом пропорциональности. По мере уменьшения коэффи­ циентов емкости и возрастания запаздывания предел пропорцио­ нальности следует увеличивать.

Регуляторы прямого действия. Регулятор давления РД явля­ ется пропорциональным. Он может быть настроен на поддержание

138

выходного давления до 0,3 МПа (3 кгс/см2), что достигается сжати­ ем регулировочной пружины (рис. VII. 12). Регулятор устанавли­ вают на линии воздуха или газа. Для нормальной работы регуля­ тора давление на входе должно быть выше давления на выходе из регулятора не менее чем на 50 кПа (0,5 кгс/см2).

Принцип работы регулятора основан на уравновешивании сил упругой деформации пружины 1 и давления сжатого воздуха или газа во внутренней полости 2 регулятора, действующих на мембра­ ну 3 во встречных направлениях. Сжатый воздух поступает в ре­

гулятор через входное отверстие 4. Золотник 5 служит для перекры­ вания подачи воздуха во внутреннюю полость регулятора. Враще­ нием гайки 6 меняют задание регулятору. В средней части мембра­ ны снизу закреплена колодка 7, в отверстие которой входит хвос­ товик рычага 8. При опускании мембраны с колодкой рычаг отво­ дит золотник, открывая доступ воздуху во внутреннюю полость при­ бора. При поступлении воздуха или газа из трубопровода 10 через штуцер 9 давление в полости возрастает и мембрана отжи­ мается вверх. Золотник прикрывает входное отверстие и умень­ шает поступление воздуха во внутреннюю полость. При увеличе­ нии расхода воздуха или газа из регулятора понижается давле­ ние в полости. В этом случае под действием пружины резиновая мембрана начинает прогибаться вниз и, нажимая на рычаг, пере­ мещает золотник, при этом зазор между золотником и входным

139

140

ся. В результате золотник перемещается и изменяет количество теплоносителя, проходящего через клапан. Задание на регулято­ ре определяется степенью сжатия пружины при помощи резьбо­ вой втулки.

Регуляторы РПД изготовляют с прямыми или обратными кла­ панами. Прямые клапаны применяют, когда регулируют нагрева­ ющим веществом. В этом случае клапаны закрываются при повыше­ нии регулируемой температуры. При регулировании охлаждающим веществом применяют обратные клапаны, закрывающиеся при по­ нижении регулируемой температуры. «

Статические регуляторы уровня прямого действия предназна­ чены для поддержания постоянного уровня жидкости. В регуляторах уровня прямого действия чувствительными элементами в подавля­ ющем большинстве являются поплавки. Перестановочная сила рав­ на разности массы вытесненной поплавками жидкости и массы по­ плавка. Для поддержания уровня жидкости с поплавковым чув­ ствительным элементом применяют регулирующие двухседельные клапаны разгруженного типа. Применение таких клапанов умень­ шает усилие, необходимое для перемещения золотника.

На рис. VII. 14 представлена схема такого регулятора, в котором поплавок 1 воздействует на клапан 2. Клапан под давлением по­ плавка перекрывает доступ жидкости. При уменьшении уровня по­ плавок опускается и клапан открывает проход жидкости в объект регулирования.

Регуляторы непрямого действия. В качестве регуляторов непря­ мого действия широко применяют пневматические регуляторы, в ко­ торых источником энергии служит сжатый воздух. Воздух подводят к регуляторам от компрессорной установки через очиститель­ ный фильтр и редуктор, назначение которого — поддерживать дав­ ление воздуха перед регулятором 140 кПа (1,4 кгс/см2).

Основной частью пневматических регуляторов непрямого дей­ ствия является система (узел) «сопло — заслонка» (см. рис. 1.6). Кривая зависимости давления рВЬІХот положения заслонки h пока­ зывает, что достаточно незначительного перемещения заслонки, что­ бы вызвать отклонение давления примерно на 80% его полного из­ менения. В связи с этим давление воздуха, поступающего на испол­ нительный механизм от системы «сопло — заслонка», может или возрасти, или упасть, что приведет к его перемещению. Давление воздуха, поступающего в пространство над мембраной или поршнем, создает силу, пропорциональную площади привода. Таким образом, усилия в несколько граммов, необходимые для перемещения заслон­ ки, изменяют силу, приложенную к исполнительному механизму привода, от нуля до нескольких сот килограммов.

Регулятор давления РД (рис. VII. 15) является прибором про­ порционального типа непрямого действия с регулируемым преде­ лом пропорциональности до 50%. Регулятор / .предназначен для регулирования давления жидкостей и газов в трубопроводе 2 или технологических аппаратах и работает в комплекте с гшеематиче-

141