Регулюючі органи та виконавчі механізми
Регулюючий орган здійснює регулюючий віз-дію на об'єкт зміною витрати речовини або енергії, що підводиться до нього. Для зміни витрати рідини, газів і парів застосовують дросельні регулюючі органи. Їх дей-ствие засноване на зміні прохідного перетину трубопроводу в місці установки регулюючого органу. Прохідний перетин дрос-польового регулюючого органу змінюють, відкриваючи або закриваючи його. Витрата речовини через такий регулюючий орган залежить від ступеня його відкриття і перепаду тисків на ньому. Тому сле-дует мати на увазі, що навіть при одній і тій же мірі відкриття дросельного регулюючого органу витрата через нього може вимірюв-няться при зміні перепаду тисків.
До дросельним регулюючим органам відносяться односідельні, двосідельні і діафрагмові клапани, а також заслінки. В одно- сідельних і Двохсідельні регулювальних клапанах (рис. 5.25) зміна прохідного перетину проводиться переміщенням од-ного або двох плунжерів 2 щодо сідла 3. Перевага односідельними клапана перед двосідельними в тому, що він забезпе-безпечує при закритті герметичне перекриття трубопроводу,
в той час як у Двохсідельні неможливо забезпечити герме-тично посадку в сідла одночасно обох плунжеров. З дру-гой боку, перепад тиску на клапані створює на плунжері односідельними клапана виштовхує зусилля, що досягає максимальної величини при повністю закритому клапані. У Двохсідельні ж клапана такі сили прикладені до обох плунжера, але спрямовані в різні боки. Тому результи-ючий зусилля на штоку такого клапана навіть При повному закривання тії набагато менше, ніж у односідельними, і для переміщення Двохсідельні клапана потрібно виконавчий механізм меншої потужності, ніж для односідельними. У діафрагмових клапанах (рис. 5.26) прохідний перетин змінюється в результаті переміщення центру діафрагми 2 щодо перегородки 3 в корпусі клапана 1.
У трубопроводах великого перерізу для управління потоками газу і пари зазвичай застосовують поворотну заслінку (рис. 5.27). Основний елемент заслінки - круглий диск 1. укріплений на осі 2 і поміщений в корпусі 3. Поворотом диска змінюється площа прохідного перетину між заслінкою і корпусом. Якщо диск знаходиться в площині, перпендикулярній осі корпусу, то прохідний перетин дорівнює нулю. У міру повороту диска площа прохідного перетину збільшується і досягає максимуму, коли становище диска збігається з віссю корпусу.
Основною характеристикою дросельного регулюючого органу як елемента АСР є його статична характеристика - зави-ності витрати речовини через регулюючий орган від ступеня його відкриття.
Для регулюючого органу краща лінійна стати-чна характеристика, так як тільки в цьому випадку не спотворюючи-ється закон регулювання, що формується регулятором в АСР. Однак, як зазначалося вище, витрата через дросельний регу-лірующій орган залежить ще і від перепаду тисків, який в технологічному процесі може змінюватися зі зміною витрати. Тому статична характеристика регулюючого органу, лінійна при постійному перепаді тисків, може ока-тися нелінійної в реальних умовах.
Щоб уникнути цього, застосовують клапани не тільки з линів-ними, але і з нелінійними характеристиками при постійному перепаді тисків. Таким чином вдається компенсувати НЕ-лінійність статичної характеристики регулюючого органу, обумовлену змінним перепадом тисків.
Для дросельних регулюючих органів необхідна стати-чна характеристика найбільш просто може бути отримана у регулюючого клапана. В даний час промисловість випускає регулюючі клапани з лінійної, логарифмічної та параболічної характеристиками, причому клапани з різними-ними характеристиками відрізняються лише формою плунжера.
Крім статичної характеристики регулюючий клапан характеризує його пропускна здатність - витрата води через пів-ністю відкритий регулюючий орган при перепаді тисків на ньому 1 • 10 5 Па. Цей витрата (в м 3 / ч) вказується в паспортних даних регулюючого органу разом з іншими його показниками: умовним тиском, допустимою температурою і т. П.
Регулюючий орган вибирають по пропускній здатності, виду необхідної статичної характеристики, а також виходячи з умов його експлуатації: властивостей протікає середовища, темпера-тури і тиску в трубопроводі.
Для трубопроводів невеликого діаметра (до 25 мм) застосовують односідельні регулюючі клапани, великого діаметра - дво- сідельні. У тих випадках, коли умови експлуатації не позво-ляють застосовувати регулюючі клапани, використовують діафрагмові клапани сільноагрессівних рідин. Діафрагми в таких клапанах виготовляють з вулканізованої гуми, фторопласту та інших матеріалів, стійких по відношенню до протікає середовищі, а внутрішню поверхню корпусу покривають фторопластом або емаллю.
Виконавчий механізм перетворює вихідний сигнал регуляторної-тора в переміщення регулюючого органу. По виду використовуваної енергії виконавчі механізми діляться на пневматичні, гідравлічні і електричні. В інженерних системах най-більше застосування отримали пневматичні та електричні виконавчі механізми.
Пневматичні виконавчі механізми (рис. 5.28) перетворюють вхідний тиск р в прогин мембрани 1 і переміщення l пов'язаний-ного з нею штока6. Мембрана (зазвичай різі-нотканевая) герметично закладені по краю між верхньою 3 і нижньої 4 кришками. Цент-ральная частина мембрани спирається на жорсткий центр 2. Завдяки протидії пружишься-ни 5 статична характеристика виконавчого механізму, т. Е. Залежність переміщень-ня / від тиску р, лінійна.
Зазвичай пневматичні виконавчі механізми застосовують для управління регулюються-ючий клапанами і їх випускають як один пристрій - пневматичний регулюючий клапан. Є два види пневматичних регулюючих клапанів: «нормально від-криті» (ПЗ) і «нормально закриті» (НЗ). У перших (рис. 5.29, а) при відсутності тиску повітря над мембраною 1 шток 3 під дією пружини 2 переходить в крайнє верхнє положення і плунжер 4 при цьому повністю відкриває клапан. З вище-ням тиску повітря прохідний перетин такого клапана умень-шается. У друге (рис. 5.29, б) при відсутності тиску повітря прохідний перетин повністю перекрито і клапан відкривається лише при появі тиску над мембраною.
Електричні виконавчі механізми повинні забезпечувати переміщення регулюючого органу з командам, що надходять від електричного регулятора при автоматичному управлінні або від оператора при ручному дистанційному управлінні. При поступ-лення команди виконавчий механізм переміщається з посто-начення швидкістю. Однак завдяки імпульсному режиму роботи середня швидкість вихідного вала виконавчого механізму виявляється змінної. Різні типи виконавчих меха-низмов відрізняються величиною крутного моменту на вихідному валу і швидкістю його повороту при включеному електродвигуні.
До складу електричного виконавчого механізму (рис. 5.30) зазвичай входять наступні основні елементи: реверсивний елект-родвігатель, ручний привід, кінцеві і шляхові вимикачі, гальмівний пристрій і датчик положення вихідного вала. Елект-родвігатель 1 з редуктором 2 служать для перетворення електрич-чеський енергії в механічну, достатню для переміщення регулюючого органу. Маховик 3 необхідний для переміщення вихідного валу 4 виконавчого механізму вручну при ви-ході з ладу тиристорного пускача або електродвигуна.
У виконавчому механізмі є допоміжні устрій-ства, що забезпечують перетворення кута повороту вихідного валу 4 в електричні сигнали різного призначення. Диференційно-трансформаторний перетворювач 5 служить для
введення в регулятор сигналу зворотного зв'язку, пропорційного куту повороту вихідного вала виконавчого механізму або, що те ж саме, ступеня відкриття регулюючого органу.
Вихідний сигнал реостатного перетворювача 6 использу-ється для роботи дистанційного покажчика положення виконай-ного механізму, що встановлюється на щиті оператора поруч з кнопками ручного дистанційного керування. Кінцеві вимикачі 7 виконують захисні функції. Вони відключають тиристорний пускач при досягненні регулюючим органом крайніх положень. Колійні вимикачі 8 служать для ограни-чення діапазону переміщення регулюючого органу. В автомат-ному режимі роботи вони відключають пускач при виході за межі встановленого діапазону.
Гальмівний пристрій в виконавчих механізмах необ-обхідно для зменшення вибігу вихідного вала після припинення дії керуючих імпульсів. Зазвичай гальмівний пристрій забезпечується електромагнітним приводом, який працює в такий спосіб: при появі силового напруги на елект-родвігателе з'являється струм і в обмотці електромагніту. Якір втягується і відводить гальмівну колодку від вала електродвигуна-теля. При зникненні силового напруги електромагніт знеструмлюється і вал електродвигуна гальмується колодкою, яка притискається до нього пружиною.