Классификация насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Постановка задачи курсовой работы

2. Классификация насосов

3. Выбор насоса, описание конструкции

4. Расчет центробежного насоса

5. Модернизация центробежного насоса

6. Классификация датчиков давления

6.1 Оптические датчики давления

6.2 Магнитные датчики давления

6.3 Емкостные датчики давления

6.4 Ртутные датчики давления

6.5 Пьезоэлектрические датчики давления

6.6 Пьезорезонансные датчики давления

6.7 Резистивные датчики давления

7. Конструкция датчика дифференциального давления, принцип действия

8. Модернизация датчика дифференциального давления

Заключение

Список используемых источников



Введение

Актуальным является решение задач по разработке автоматизированных систем управления с использованием методов искусственного интеллекта для автоматизации технологических процессов и производств, нацеленная на повышение конкурентоспособности, безопасности, экологичности и эффективности производств отечественной промышленности. Необходимы типовые решения по использованию систем искусственного интеллекта для ряда важных объектов, включая управление сложными объектами в условиях неполной информации о протекающих в них процессах. Математическое описание, более точно отражающее характер протекания внутренних процессов объекта управления, позволяет синтезировать законы управления, способствующие снижению энергозатрат и повышению качества выпускаемой продукции. Исследования должны способствовать расширению функциональных возможностей и улучшению технических характеристик: точности, надежности, быстродействия, существующих и созданию принципиально новых технических решений систем и робототехнических систем на базе интеллектуальных мехатронных узлов и модулей со встроенной системой автоматического управления и датчиками контроля технологического процесса, основанных на новых принципах параллельной кинематики, применении методов современной теории автоматического управления, в том числе, оптимального управления, теории интеллектуальных систем, современных технических и программных средств и комплексов моделирования и проектирования.

Измерение с коммерческой точностью количества нефтепродуктов при приеме, хранении и отпуске при разгрузочных процессах со склада (резервуара) является актуальной задачей, так как неточность расчетов при применении известных методов приводит к потере большого количества продукта из каждого резервуара. Целью данной работы является рассмотрение автоматизированной системы калибровки с помощью единого дифференциального датчика давления.

Рисунок 1 - Система автоматизированной калибровки

Решение задачи высокоточного измерения гидростатического давления столба жидкости в резервуаре осуществляется с помощью дифференциального датчика давления. Дифференциальные датчики давления производятся по современным технологиям и имеют стандартный электрический выходной сигнал. Процедуры измерения и управления осуществляются в полностью автоматизированном режиме. Совместимость схемотехнического и программного обеспечения позволяет создать новую структуру калибровочной системы, значительно упрощающую сложные процессы измерения и управления.

Выбирается стандартная эталонная емкость ЭЕ, соответствующая калибровочному нефтяному резервуару КНР, которая изготавливается по особой конструкции. Она наполняется жидким топливом с помощью насоса Н из общего коллектора ОК через электронный вентиль ЭВ1. Для выгрузки жидкого топлива ЖТ в КНР по наклонной трубе НТ через электронный вентиль ЭВ2 и для измерения гидростатического давления ЖТ, находящегося в ЭЕ, с помощью дифференциального датчика давления ДДД, используется вертикальная труба ВТ, которая соединена с плюсовой камерой ДДД.

Так как ЭЕ и КНР являются замкнутой системой емкостей, то при заполнении ЖТ в поверхностном слое жидкости (свободной поверхности) накапливается газовоздушная смесь, находящаяся под определенным давлением, что существенно влияет на результаты измерений. Для того чтобы учесть этот эффект свободные поверхности обеих емкостей соединяются друг с другом воздушной трубой Воз. Т. Вентиль В3 используется для подключения ЭЕ к системе, а вентиль В4 - для истечения избытка ЖТ в ОК после заполнения.

Эталонная емкость представляет собой две вертикальные цилиндрические емкости, встроенные одна в другую. Емкость, расположенная внутри, играет роль ЭЕ, а побочная емкость служит для обеспечения функции накапливания проливной жидкости после полного заполнения ЭЕ. При этом из за равновесия между столбами жидкости в двух емкостях деформация стенок ЭЕ будет предотвращена.

Если выходной сигнал ДДД равен нулю, то в этом случае процесс калибровки считается завершенным (при N-ном измерении). На основе значений, собранных в компьютерной памяти, система может получить полную таблицу, состоящую из массы, объема, высоты, плотности, площади поперечного сечения, соответствующей гидростатическому давлению столба жидкости, что отражает таблица индивидуальной калибровки (ТИК) резервуаров в зависимости от их емкости и формы.

датчик давление насос резистивный



1. Постановка задачи курсовой работы

В рамках данной курсовой работы необходимо проанализировать технические средства системы управления в соответствии с выданным индивидуальным заданием.

Анализ технических средств системы управления включает:

1. Классификацию технических средств, на основе анализа литературных источников. Классификация включает выбор и обоснование выбора конкретного элемента.

2. Конструкцию элемента автоматизации, на основе выбора в п.1.

3. Расчет элемента автоматизации, с обоснованием выбора метода расчета.

4. Предложение по модернизации системы с точки зрения применения современных технических средств.

Согласно выданному индивидуальному заданию на курсовую работу необходимо произвести анализ дифференциального датчика давления и центробежного насоса входящих в данную систему автоматизированной калибровки.



2. Классификация насосов

Насосами называются машины для создания напорного потока жидкой среды. Этот поток создается в результате силового воздействия на жидкость в рабочей камере насоса.

По характеру силового воздействия, а следовательно, и по виду рабочей камеры различают насосы динамические и объемные. В динамическом насосе силовое воздействие на жидкость осуществляется в проточной камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. В объемном насосе силовое воздействие на жидкость происходит в рабочей камере, периодически изменяющей свой объем и попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

К динамическим насосам относятся:

- лопастные ( центробежные; осевые)

- электромагнитные;

- насосы трения ( вихревые; шнековые; дисковые; струйные и др. )

К объемным насосам относятся:

- возвратно-поступательные ( поршневые и плунжерные; диафрагменные)

- крыльчатые;

- роторные ( роторно-вращательные; роторно-поступательные)

По некоторым общим конструктивным признакам динамические и объемные насосы делят на следующие виды:

- по направлению оси расположения, вращения или движения рабочих органов( горизонтальный; вертикальный)

- по расположению рабочих органов и конструкций опор( консольный; моноблочный; с выносными опорами; с внутренними опорами)

- по расположению входа в насос ( с боковым входом; с осевым входом; двустороннего входа)

- по числу ступеней и потоков: а) одноступенчатый; б) двухступенчатый;

многоступенчатый; однопоточный; двухпоточный; многопоточный)

- по требованиям эксплуатации ( обратимый; реверсивный; регулируемый; дозировочный)

Агрегат, состоящий из насоса (или нескольких насосов) и приводящего двигателя, соединенных друг с другом, называется насосным агрегатом.

В зависимости от рода двигателя различают следующие насосные агрегаты: электронасосный; турбонасосный; дизель-насосный; мотонасосный; гидроприводной; паровой; пневматический.

Насосный агрегат с трубопроводом и комплектующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса, называется насосной установкой.

Рисунок 2 - Классификация насосов



3. Выбор насоса, описание конструкции

Выбираем насос по двум критериям в соответствии с параметрами нашей схемы. По создаваемому напору от 10 до 100м и производительности от 100 до 1000 выбираем одноступенчатый центробежный насос.

1 - входной патрубок; 2 - рабочее колесо; 3 - фланец электродвигателя;

4 - электродвигатель; 5 - напорный патрубок

Рисунок 3 - Центробежный насос



4. Расчет центробежного насоса

Для маловязких сред выбираем оптимальную скорость движения в трубопроводе равной 2 м/с.

Рассчитаем расход жидкости через заданный трубопровод:

Q = (р·dІ) / 4·w

где d - диаметр трубопровода;

w - скорость движения в трубопроводе

Q = (3,14·0,2І) / 4·2 = 0,0628 мі/с

Скоростной напор в трубе:

U=wІ/(2·g)

U= 2І/(2·9,81) = 0,204 м

При соответствующем скоростном напоре потери на трение м местные сопротивления составят:

HТ = (л·l)/dэ · [wІ/(2g)]

где л - коэффициент трения ;

l - длина трубопровода

HТ = (0,032·78)/0,2 · 0,204 = 2,54 м

Общий напор составит:

H = (p2-p1)/(с·g) + Hг + HТ

где Hг - разность высот резервуаров ;

с - плотность жидкости

H = ((2,5-1,2)·105)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м

Остается определить полезную мощность:

NП = с·g·Q·H

NП = 1020·9,81·0,0628·23,53 = 14786 Вт



5. Модернизация центробежного насоса

Модернизация заключается в замене штатного силового узла на подшипниках качения блоком подшипниковым уплотнительным (БПУ), который объединяет в едином корпусе разнесенные ступени двойного торцового уплотнения и установленные между ними радиальные и осевые подшипники скольжения.

Охлаждение и смазка подшипников и торцовых уплотнений может осуществляться как затворной жидкостью, так и перекачиваемой средой.

Новое запатентованное решение, использование для разгрузки от осевой силы конструктивных элементов торцовых уплотнений и радиальных подшипников, позволяет во многих случаях исключить паразитные утечки перекачиваемой насосом среды в разгрузочных барабанах, гидропятах и отверстиях рабочих колес.

БПУ применяются для насосов традиционных конструкций, перекачивающих различные среды: воду, нефть, нефтепродукты, химические жидкости и др.



6. Классификация датчиков давления

Датчик давления это прибор, в котором выходные значения будут зависеть от давления исследуемой среды, будет это жидкость, газ или пар все равно.

Любой датчик в своем составе имеет:

- преобразователь давления (первичный) с чувствительным элементом;

- корпусные детали (различные по конструкции);

- схемы для обработки сигнала (повторной ).

6.1 Оптические датчики давления

Оптические датчики давления могут быть построены на двух принципах измерения: волоконно-оптическом и оптоэлектронном.

Волоконно-оптические датчики давления являются наиболее точными и их работа не сильно зависит от изменения температуры. Элементом чувствительным является оптический волновод. Об измеряемой величине давления в таких приборах обычно судят по изменению амплитуды и поляризации проходящего через чувствительный элемент света.

Оптоэлектронные датчики давления. Датчики этого типа состоят из многослойных прозрачных структур. Через эту структуру пропускают свет. Один из слоев может изменять свои параметры в зависимости от давления среды. Есть два параметра, которые могут изменяться: первый это показатель преломления, второй это толщина слоя. При изменении этих параметров будут меняться характеристики проходящего через слои света, это изменение будет регистрироваться фотоэлементом.

6.2 Магнитные датчики давления

Чувствительная часть этих датчиков состоит из Е-образной пластины, в центре нее находится катушка, и проводящей мембраны чувствительной к давлению. Мембрана располагается на небольшом расстоянии от края пластины. При подключении катушки, создается магнитный поток, который проходит через пластину, воздушный зазор и мембрану. Магнитная проницаемость зазора примерно в тысячу раз меньше магнитной проницаемости пластины и мембраны. Поэтому, небольшое изменение величины зазора приведет к заметному изменению индуктивности.

6.3 Емкостные датчики давления

Самая простая конструкция. Состоит из двух электродов (плоских) и зазора между ними. Один из этих электродов представляет собой мембрану на которую давит измеряемое давление, из-за этого, изменяется величина емкости. То есть, этот тип датчиков представляет собой конденсатор с изменяющейся величиной зазора. И мы знаем, что емкость конденсатора зависит от величины зазора. Емкостные датчики способны фиксировать очень маленькие изменения давления.

6.4 Ртутные датчики давления

Простой измерительный прибор. Работает по принципу сообщающихся сосудов. На один из этих сосудов давить измеряемое давление. Давление определяется по величине ртутного столба.

6.5 Пьезоэлектрические датчики давления

Чувствительным элементом датчиков этого типа является пьезоэлемент -- материал, выделяющий эклектический сигнал при деформации (прямой пьезоэффект). Пьезоэлемент находится в измеряемой среде, он будет выделять ток пропорциональный величине изменения давления. Так как электрический сигнал в пьезоматериале выделяется только при деформировании, а при постоянном давлении деформирование не происходит, то этот датчик пригоден только для измерения быстро меняющегося давления.

6.6 Пьезорезонансные датчики давления

Этот тип тоже использует пьезоэффект, только в отличие от прошлого типа тут используется обратный пьезоэффект -- изменение формы пьезоматериала в зависимости от подаваемого тока. В датчиках этого типа используется резонатор из пьезоматериала, к которому нанесены электроды с двух сторон. На электроды по переменно подается напряжение разного знака, поэтому, пластина изгибается то в одну, то в другую сторону с частотой подаваемого напряжения. Но если на эту пластину подать силу, например мембраной чувствительной к давлению, то частота колебания резонатора изменится. Частота резонатора и будет показывать величину, с которой действует давление на мембрану, а она в свою очередь давит на резонатор.

6.7 Резистивные датчики давления

Тензорезистор это элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от деформирования. Эти тензоризисторы устанавливают на мембрану чувствительную к изменению давления. В итоге, при давлении на мембрану она изгибается и изгибает тензоризисторы, закрепленные на ней. Из-за этого, сопротивление на них меняется и меняется величина тока в цепи.



7. Конструкция датчика дифференциального давления, принцип действия

В качестве датчика давления скорости был выбран дифференциальный датчик давления.

1 - входное давление Р- ; 2 - фланцевые соединения подключениями к процессу; 3 - O-кольцо; 4 - корпус измерительной ячейки ; 5 - тонкий металлический проводник ; 6-перегрузочная мембрана ;7 - наполнительная жидкость ; 8 - разделительная мембрана ; 9 - входное давление P+

Рисунок 4 - Конструкция датчика дифференциального давления

Дифференциальное давление через разделительную мембрану и наполнительную жидкость передается на металлический датчик.

При превышении пределов измерения перегрузочная мембрана прогибается до контакта с корпусом измерительной ячейки. За счет этого обеспечивается защита системы сенсора от перегрузки.

Дифференциальное давление деформирует измерительную мембрану металлического чувствительного устройства.

Под влиянием деформации изменяется сопротивление четырех пьезорезисторов в мостовой схеме измерительной мембраны.

В результате изменения сопротивления генерируется напряжение на выходе моста, пропорциональное входному давлению.

Рисунок 5 - Статическая характеристика датчика дифференциального давления

Избыточное давление Ризб поступает в обе импульсные трубки дифманометра, поэтому измеряемый перепад давления ДР можно представить в виде:

ДР = сgHmax - сgh,

где: с - плотность жидкости,

g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.

При h = 0, ДР = ДРmax, а при h = Hmax , ДР = 0.

Рисунок 6 - Схема измерения уровня в закрытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда



8. Модернизация дифференциального датчика давления

Модернизацию описанного датчика можно проводить в двух направлениях, а именно:

а) модернизация (усовершенствование) уже имеющихся в датчике элементов;

б) введение в датчик новых элементов, способствующих улучшению показателей датчика.

При модернизации имеющегося датчика дифференциального давления, заменяем чувствительный элемент - тонкую металлическую пластину на кремниевый чувствительный элемент. Коэффициент тензочувствительности кремния во много раз превышает аналогичный коэффициент тонкого металлического проводника.



Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена система автоматизированной калибровки, был проведен ее анализ, а также анализ элементов автоматизации (дифференциального датчика давления и центробежного насоса).

В процессе анализа были составлены классификации датчиков и узлов схемы, в соответствии с которыми были выбраны конкретные типы датчиков, которые следует применить в реализации предложенной системы автоматического управления.

Были проведены расчеты выбранных датчиков и узлов, представлены их конструкции и принципы работы.

По результатам выполненного анализа были предложены способы модернизации датчиков и узлов схемы для повышения точности и надежности измерений, и как следствие управления.



Список используемых источников

1. Таев И.С. Электрические аппараты автоматики и управления. -М.: Высшая школа, 1975.-224 с.

2. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. -М.: Высшая школа, 1991.-304 с.

3. Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и системы автоматики. - М.: Высшая школа, 1985.-216 с.

4. Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля: Учебник для вузов. - Киев: Вища школа, 1985.-216 с. [62-52(07)П44].

5. Бабиков М.А. и Косинский А.В. Элементы и устройства автоматики: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1975.-464 с.

6. Клюев А.С. Автоматическое регулирование. - М.: Высш. шк., 1986.- 351с.

7. Кишнев В.В. и др. Технические средства автоматики. - М.: Металлургия, 1981.-240 с.

8. Аш Ж. и соавторы Датчики измерительных систем: в 2-х книгах. Книга 1. Пер. с франц. - М.: Мир, 1992. - 480с.

9. Аш Ж. и соавторы Датчики измерительных систем: в 2-х книгах. Книга 2. Пер. с франц. - М.: Мир, 1992. - 424с.

10. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1985.-439 с.

Размещено на Allbest.ru

...