Вихарев С.М. Лекции по ТСА

Подождите немного. Документ загружается.

В системах автоматизации производства используются поплавковые

датчики-реле для контроля уровня жидкостей, не выпадающих в осадок, не

кристаллизирующихся, не разрушающих материалы деталей, соприкасающихся

с исследуемой средой, а также для контроля уровня раздела двух

несмешивающихся жидкостей разной плотности.

Принцип действия датчиков заключается в том, что при изменении уровня

контролируемой среды поплавок через систему рычагов вызывает

срабатывание выходного контактного устройства датчика.

Емкостные, индуктивные и радиоизотопные датчики-реле уровня

Для контроля уровня жидких, сыпучих, зерновых, кусковых материалов и

контроля раздела двух сред с резко отличающимися относительными

диэлектрическими проницаемостями предназначены емкостные, индуктивные и

радиоизотопные датчики-реле уровня (сигнализаторы). Они состоят из одного

первичного (ПП) и одного вторичного (ВПР-1) преобразователей при контроле

одного уровня и двух ПП и одного вторичного (ВПР-2) преобразователей при

контроле двух уровней. Преобразователь ПП конструктивно выполнен в виде

емкостного или индуктивного чувствительного элемента, корпуса и

электронного блока. Во вторичном преобразователе размещены выходные реле,

выпрямительное устройство и клеммники для подключения внешних цепей.

Принцип действия емкостных и индуктивных сигнализаторов основан на

изменении параметров высокочастотного колебательного контура при

воздействии контролируемой среды на емкостный или индуктивный

чувствительный элемент. При подходе уровня контролируемой среды к

чувствительному элементу ПП изменяется емкость (индуктивность)

чувствительного элемента, которая преобразуется в напряжение постоянного

тока, управляющего работой выходного реле.

Радиоизотопные сигнализаторы работают по принципу ослабления потока

гамма-квантов от излучателя контролируемым материалом.

Фотоэлектрические датчики-реле уровня.

В системах автоматизации используются фотоэлектрические датчики-реле

уровня, предназначенные для дистанционного контроля и сигнализации

состояния уровня активного ила и управления уровнем в отстойниках очистных

сооружений сточных вод предприятий коммунального хозяйства,

нефтехимической, нефтеперерабатывающей, химической промышленности и

других отраслей.

В основу работы прибора положен метод оценки изменения

коэффициента пропускания светового потока контролируемой средой с

помощью фотоэлектрических преобразователей. В зависимости от состояния

среды, т. е. степени ее помутнения взвешенными частицами активного ила,

меняется коэффициент пропускания жидкостью светового потока. Эти

изменения воспринимаются чувствительными элементами датчика —

фоторезисторами — и преобразуются в соответствующие электрические

сигналы, используемые для сигнализации и управления.

Акустические датчики-реле уровня.

Принцип действия датчиков основан на явлении отражения импульса

ультразвуковых колебаний от границы раздела сред «газ-контролируемая

среда». Мерой уровня при этом является время прохождения ультразвуковых

колебаний от источника излучения до контролируемой границы сред и обратно.

Датчики реле-уровня работающие на принципе проводимости.

Действие датчиков-реле основано на изменении сопротивления между

двумя электродами при их соприкосновении с поверхностью электропроводной

среды материала, уровень которого контролируется. При изменении

сопротивления при достижении материалом заданного уровня в цепи датчика

протекает ток, который создает заданное падение напряжения, вызывая

срабатывание выходного контактного устройства.

Если электроды расположены выше контролируемого уровня, прибор будет

работать как сигнализатор повышения уровня, если электроды расположены

так, что их концы находятся ниже уровня, прибор будет работать как

сигнализатор понижения уровня.

Механические датчики-реле уровня.

Работа датчиков основана на механическом преобразовании усилий,

создаваемых контролируемой средой, в переключение контактов выходного

устройства.

42. Классификация регулирующих органов. Статические

характеристики.

Регулирующие органы. Наиболее распространенным типом регу-

лирующих органов в промышленных CAP являются регулирующие клапаны,

которые применяются для регулирования потоков газа, пара и жидкости при

статическом давлении свыше 1000 мм вод. ст.

В зависимости от конструкции дросселирующего устройства регули-

рующие клапаны делятся на односедельные и двухседельные. Односедельные

клапаны испытывают выталкивающее усилие от перепада давления среды (до и

после тарелки клапана). Выталкивающее усилие может достигать больших

величин (особенно при больших давлениях среды), что требует

дополнительных усилий со стороны исполнительного механизма для закрытия

клапана. Поэтому односедельные клапаны изготовляются на небольшие

диаметры условного прохода (до 25 мм).

Двухседельные клапаны бывают с пустотелыми цилиндрическими

плунжерами и с массивными стержневыми плунжерами обтекаемой формы.

По окружности клапанов с цилиндрическими плунжерами расположены

окна различной формы в зависимости от требуемой характеристики клапана.

Недостаток клапанов с цилиндрическим плунжером — быстрое изнашивание

прямоугольных кромок плунжера, что искажает характеристики клапана.

Клапаны с массивными стержневыми плунжерами указанного недостатка

не имеют и хорошо работают при больших перепадах давления, на вязких и

загрязненных жидкостях.

Работа регулирующих органов определяется рядом характеристик. Одной

из основных является конструктивная характеристика, выражающая

функциональную зависимость изменения относительного проходного сечения

регулирующего органа (т) от степени его открытия (п):

т = f (п),

где m=F/F

p.o

- отношение площади проходного сечения регулирующего

органа F и площади сечения входного патрубка Fp.o;

n = h/h

max



max

- степень открытия регулирующего органа (h и —

соответственно величина хода или угол поворота подвижной части

регулирующего органа; h

max

и 

max

— соответственно максимальная величина

хода или угла поворота этой подвижной части). Как правило, регулирующие

клапаны выпускаются с линейными конструктивными характеристиками, но по

специальному заказу могут быть изготовлены также клапаны с

логарифмическими или параболическими характеристиками.

Конструктивная характеристика не позволяет судить о работе

регулирующего клапана в CAP, так как зависимость между расходом через

клапан и изменением его относительного проходного сечения не линейная.

Поэтому, чтобы правильно выбрать и рассчитать дроссельный регулирующий

орган, необходимо знать его расходные характеристики для различных

гидравлических сопротивлений регулируемой системы. Расходная

характеристика выражает зависимость изменения относительного расхода через

регулирующий орган от степени его открытия: =f(n).

Нужную форму расходной характеристики регулирующего органа можно

получить следующими способами:

1) Подбором соответствующего размера регулирующего органа

2) Соответствующей профилировкой плунжера регулирующего органа.

3) Введением промежуточного звена между регулирующим органом и

исполнительным механизмом (кривошипа, кулисы, кулачка и т. п.) с

соответствующей нелинейной статической характеристикой.

43. Клапаны: тарельчатый, пробковый.

Регулирующие клапаны применяют для регулирования расходов

жидкостей, пара и газов при любых параметрах среды. Они могут

эксплуатироваться при подаче потока на затвор (плунжер) или под затвор, при

этом часто наблюдается существенное различие гидравлических характеристик.

Их различают по виду и числу опорных поверхностей, по конструкции

плунжеров и корпусов.

По конструкции затворы разделяются на: тарельчатые, пробковые и

поршневые. Кроме того, в односедельных РО используются клапаны с

канавчатыми и ступенчатыми затворами.

Рис. Затворы односедельных РО: а - тарельчатый, б-пробковый, в - поршневой.

Односедельные РО могут быть проходными (направление потока среды

при входе и выходе не изменяется) и угловыми (направление потока

изменяется при выходе на 90

по отношению к направлению на входе). Их

применяют в тех случаях, когда невозможно применение разгруженных

двухседельных РО, при малых размерах проходов (до15мм), когда

изготовление двухседельных клапанов связано с большими трудностями, а

также при больших проходах, если среда обладает большой вязкостью или

содержит твердые частицы. Важным преимуществом односедельных РО

является то, что они могут обеспечить герметичность закрытия прохода.

При регулировании сред с большим перепадом давления на клапане

(Р>1.5МПа) или когда объем регулируемой среды при выходе из щели между

затвором и седлом резко увеличивается, а также при регулировании вязких сред

и сред, содержащих твердые частицы, рекомендуется применять угловые

односедельные клапаны, так как в угловых клапанах меньше мертвых

пространств для оседания и кристаллизации твердых частиц. РО с канавчатым

затвором применяют при регулировании небольших расходов, а со

ступенчатым - при регулировании расхода влажного газа.

При дросселировании влажного газа при помощи обычных РО

понижается температура газа, влага может замерзать и препятствовать

перемещению затвора.

Ступенчатые затворы уменьшают нежелательное понижение

температуры газа при дросселировании РО.

44.Клапаны: резьбовой, шланговый.

45. Заслонка, шибер.

В шиберах затвор, выполненный в виде полотна 1, перемещается

перпендикулярно направлению потока Q. Шиберы широко применяют для

регулирования расходов воздуха и газов при небольших статических давлениях

(до 10 кПа). Их устанавливают на трубопроводах, коробах и каналах любой

формы сечения.

Рис. Схема прямоугольного шибера

Шиберы изготавливают из различных материалов в зависимости от

условий работы. Для работы на инертных газах с температурой до 300

шиберы изготавливают из листовой стали, а при температуре выше 300

С - из

чугуна. Для регулирования агрессивных газов применяют шиберы из

легированных сталей или со специальным покрытием. При расчете шиберов

кроме пропускной характеристики определяют также усилие р, необходимое

для перемещения дроссельного органа.

Мощность привода выбирают с большим запасом, так как коэффициент

трения значительно возрастает из-за загрязнения опорной поверхности в

процессе эксплуатации.

Поворотные заслонки. Поворотные заслонки могут

применяться на трубопроводах как круглого, так и

прямоугольного сечения для регулирования расходов

воздуха и газов при небольших статических давлениях.

Иногда их применяют для регулирования расходов

жидкости и пара. Изменение проходного сечения

заслонки осуществляется путем её вращения вокруг оси,

расположенной перпендикулярно направлению потока.

В заслонках затвор в значительной мере разгружен, так

как силы, создаваемые давлением среды на обе его

половины, частично уравновешиваются. Поэтому для

поворота затвора нужен ИМ относительно небольшой мощности. Поворотные

заслонки выгодно отличаются от других РО простотой конструкции,

небольшими габаритными размерами и массой.

По конструкции поворотные заслонки могут быть с одним затвором

(однолопастные) или несколькими (многолопастные), безупорными и

упорными. В безупорных заслонках (рис.) затвор имеет форму окружности и

при закрытом проходе находится в вертикальном положении, причем диаметр

окружности затвора несколько меньше диаметра прохода в корпусе, поэтому

проход полностью не закрывается. Эти заслонки являются только

регулирующими. Однако при помощи дополнительных устройств (затвор с

различными уплотнительными кольцами, седло с резиновым покрытием) в

безупорных заслонках достигается герметичность, при которой они могут быть

использованы как запорно-регулирующие.

По конструкции опор вала поворотные заслонки подразделяются на

двухопорные и четырехопорные. Первые применяют для легких условий

работы, а вторые для тяжелых (при больших перепадах давлений, повышенной

температуре, агрессивных средах и др.). Для поворотной заслонки

минимальный перепад определяется прочностью оси и диска. При этом

наибольшая нагрузка, действующая на диск при закрытом проходе, равна

произведению перепада на площадь диска.

46. Классификация исполнительных механизмов.

Исполнительное устройство (ИУ) - это одно из звеньев автоматических

систем регулирования, предназначенных для непосредственного воздействия на

объект регулирования. В общем случае ИУ состоит из исполнительного

механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО). ИУ в зависимости от

используемой энергии подразделяются на:

 пневматические с пневматическим ИМ;

 гидравлические с гидравлическим ИМ;

 электрические с электрическим ИМ;

 электропневматические с пневматическим ИМ и электропневматическим

преобразователем;

 электрогидравлические с гидравлическим ИМ и электрогидравлическим

преобразователем;

 пневмогидравлические с гидравлическим ИМ и пневмогидравлическим

преобразователем;

ИМ является приводной частью РО. Применяются ИМ следующих видов:

 электрические (электромагнитные и электродвигательные);

 пневматические (мембранные, поршневые, лопастные);

 гидравлические (прямоходные и кривошипные);

Электрические ИМ можно разделить на следующие группы:

1. ИМ, работающие по дискретному принципу

2. ИМ позиционного и пропорционального действия

3. ИМ следящего и программного действия

a) Следящие ИМ с постоянной скоростью обработки заданного угла,

независимо от скорости передачи угла и величины угла

рассогласования;

b) Следящие ИМ с плавным и непрерывным изменением скорости

обработки заданного угла в зависимости от величины угла

рассогласования

4. Шаговые ИМ

47. Мембранный исполнительный механизм.

Мембранно-пружинный исполнительный механизм (МИМ) имеет одну

рабочую полость, образуемую мембраной и крышкой (верхней или нижней). У

этих механизмов шток совершает возвратно-поступательное движение.

Перестановочное усилие в одном направлении создается за счет давления

сжатого воздуха в рабочей полости на мембрану, в противоположном — за счет

усилия сжатой пружины. В зависимости от направления движения выходного

звена исполнительные механизмы бывают прямого (ППХ) и обратного (ОПХ)

действия. В механизмах прямого действия при повышении давления воздуха в

рабочей полости свободный конец штока отдаляется от плоскости заделки

мембраны. В механизмах обратного действия повышение давления в рабочей

полости вызывает приближение свободного конца штока к плоскости заделки

мембраны. Варианты исполнения позволяют реализовать два требуемых вида

действия исполнительного устройства - нормально открытое (НО) и нормально

закрытое (НЗ).

Мембранные исполнительные механизмы повышенной мощности МИМП

отличаются от механизмов типа МИМ жесткостью пружины. В механизмах

прямого действия МИМП ППХ пружина менее жесткая, чем в механизмах

МИМ, поэтому они обеспечивают большее перестановочное усилие в конце

прямого хода. В механизмах обратного действия МИМП ОПХ установлена

более жесткая пружина, благодаря чему они развивают большее

перестановочное усилие в конце обратного хода.

Выпускаются модификации мембранного исполнительного механизма с

индексом 1 (МИМ1 и МИМП1), они имеют мембранную камеру, рассчитанную

на рабочее давление 0,4 МПа, и максимальную эффективную площадь при

данном диаметре заделки мембраны, вследствие чего развивают максимально

возможное при данном рабочем давлении перестановочное усилие.

Мембранные исполнительные механизмы могут поставляться с

дополнительными блоками, к числу которых относятся позиционер и ручной

дублер. Дублер предназначен для управления вручную затвором

регулирующего органа и может применяться для ограничения перемещения

штока. Механизмы

выпускаются с одним из

двух видов ручных

дублеров — боковым

или верхним.

48.Исполнительный

механизм типа

МЭО.

В серию ИМ типа МЭО

входят следующие

модификации:

 МЭО-1,6/40;

 МЭО-4/100;

 МЭО-4/40;

 МЭО-10/100;

 МЭО-10/250;

 МЭО-160/100;

 МЭО-160/250

Назначение ИМ типа МЭО – управление РО в бесконтактных и контактных

системах автоматического регулирования и дистанционного управления по

сигналам командного устройства. В механизмах серии МЭО входной

электрический сигнал (на входе механизма) преобразуется при помощи

асинхронного электродвигателя с малоинерционным ротором и редуктора во

вращательное движение постоянной скорости (на выходе механизма).

Положение выходного вала определяется бесконтактными датчиками ОС.

Управление ИМ серии МЭО осуществляется: на бесконтактных

элементах с помощью магнитных усилителей и контактное – при помощи

реверсивных контактных пусковых устройств.

ИМ МЭО-1,6/40 и МЭО-4/100. Принцип действия:

Электродвигатель приводит в действие редуктор, являющийся основным

узлом, на котором смонтированы все элементы ИМ. Для осуществления (в

случае необходимости) ручного управления ИМ предусмотрен ручной привод.

Электромагнитный тормоз обеспечивает необходимое торможение системы в

процессе регулирования конечного звена управляемого объекта.

В ИМ имеются также блок датчиков, узел упоров, рычаг, штуцерный

ввод, конденсатор, штепсельный разъем.

Кинематическая схема ИМ МЭО-1,6/40 и МЭО-4/100.

Для привода ИМ используют малоинерционные 2

– разные АД типа

ДАУ-4. За счет малого отношения диаметра к длине короткозамкнутый ротор

электродвигателя имеет уменьшенный момент инерции и обладает хорошими

динамическими качествами, что обеспечивает его длительную работу в

стопорном режиме. Реверсирование электродвигателя осуществляется

переключением обмоток управления. Электромагнитный тормоз, предназначен

для уменьшения выбега и фиксации выходного вала в любом положении после

исчезновения управляющего сигнала. Тормоз состоит из электромагнита,

рычагов тормозной колодки и регулировочных гаек для настройки пружин и

зазора между тормозной колодкой и шкивом.

Для осуществления ОС и дистанционного указания положения выходного

вала служат следующие узлы:

1. Блок БДИ-6, состоит из 2

индуктивных датчиков, 4

микропереключателей Д713, кулачков, рычагов, элементов настройки.

Этот блок применяется в схемах с бесконтактными регулирующими

приборами, а также с указателем положения типа ДУП-Б.

2. Блок БДИ-6Л (аналогичен БДИ-6) предназначен для перемещения

на плунжер одного из датчиков через люфтовое устройство. Этот блок

применяется при работе с 2 ИМ и указателем положения ДУП-Б.

3. Блок БДР состоит из 2

реостатных датчиков (по 1200 Ом) и 4

микропереключателей. Применяется в схемах с автоматическими

регуляторами, а также с указателем положения.

Для осуществления в ИМ обратной связи (между конечным и начальным

звеньями) применяют датчики перемещения типа ДИ-1. Для подсоединения

ИМ к электрической сети на корпусе редуктора установлен штепсельный

разъем и штуцер, обеспечивающие герметичность ввода, а также создающие

возможность проводить монтаж медным проводом.

Для ограничения предельных положений выходного вала ИМ и

предохранения от поломок РО в механизме предусмотрены специальные

упоры, снабженные упругими демпферами.

49. Гидравлические исполнительные механизмы.

Гидравлические исполнительные механизмы (ГИМ) предназначены для

преобразования подводимого к ним под давлением потока жидкости в

соответствующие усилие и перемещение, необходимые для осуществления

требуемого воздействия на регулирующий или запорный орган объекта

автоматизации.

Эти механизмы применяют в схемах автоматического регулирования и

дистанционного управления различными технологическими процессами, а

Рис. Схема поршневого ГИМ с золотниковым управлением

также для совместного функционирования с преобразовательно-усилительными

устройствами электрогидравлических комплексов. При этом обеспечивается

дистанционное (электрическое) и местное (ручное) управление

регулирующими и запорными органами технологических установок в

энергетической, химической, металлургической промышленности и других

отраслях народного хозяйства. Гидравлические исполнительные механизмы

(ГИМ) состоят из двух основных устройств: управляющего и исполнительного.

В зависимости от вида управляющего устройства различают ГИМ с

золотниковым и струйным управлением. По виду исполнительного устройства

– поршневые и мембранные. По характеру перемещения выходного элемента

ГИМы делят на механизмы с возвратно-поступательным перемещением

(поршневые и мембранные) и механизмы с вращательным перемещением

(лопастные и кривошипно-шатунные). На рис. показана схема ГИМ с

золотниковым управлением.

Масло под давлением Р

подводится к золотнику 3, поршни которого при

нейтральном положении закрывают каналы, соединяющие его с цилиндром 1

серводвигателя. Когда под действием сигнала х поршни золотника отойдут

вверх, каналы откроются, и в верхнюю полость цилиндра 1 поступит масло с

давлением Р

, перемещая вследствие разности давлений Р1-Р2 поршень

серводвигателя вниз на расстояние у. Сместив поршень золотника 3 вниз,

получим обратное движение поршня 2 и соответствующее перемещение РО.

Гидравлические ИМ позволяют получить значительно большие

перестановочные усилия на единицу массы механизма, чем другие ИМ.

50.Исполнительный механизм типа МЭП.

Электрические исполнительные механизмы прямоходные.

Механизмы типа МЭП предназначены для прямолинейного перемещения

с постоянной скоростью регулирующих органов в системах автоматического и

дистанционного управления. Встраиваемые элементы сигнализации

аналогичны элементам механизмов МЭО.