Виконавчі механізми та регулюючі органи трубопроводу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Запорізька державна інженерна академія

Кафедра автоматизованого управління технологічними процесами

Розрахунково-пояснювальна записка

До курсового проекту Виконавчі механізми та регулюючі органи трубопроводу

Запоріжжя 2015



ЗАВДАННЯ

Розрахувати та вибрати регулювальний орган, розрахувати з'єднання регулювального органу з виконавчим механізмом і вибрати виконавчий механізм. Накреслити переріз регулювального органу та принципову електричну схему з'єднування пускача, виконавчого механізму та дистанційного покажчика положення вала виконавчого механізму. Побудувати безрозмірну статичну характеристику з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом та з'єднання регулювального органа з виконавчим механізмом.

Таблиця 1 Вхідні дані

№п/п	Середовище	Макс. витрата	Надмірний тиск, поч	Надмірний тиск, кін	Абс. Темп.	Характеристика мережі	Стат. Хар-ка об.
13	Природний газ	0,49 м^3/с	981 кПа	720 кПа	303 К	Довжина прямих частин трубопроводу до та після РО 15 і 8 м. До РО - два завороти на , перекривальний вентиль, мірча діафрагма. Після РО - заворот на 60униз на 6м і раптове розширення.



ЗМІСТ

ВСТУП

1. РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР РЕГУЛЮВАЛЬНИХ ОРГАНІВ

1.1 Визначення втрат тиску на заданому відрізку трубопроводу

1.2 Розрахунок пропускної здатності, вибір регулювального органу та його перепускної характеристики

2. РОЗРАХУНОК З'ЄДНАННЯ РЕГУЛЮВАЛЬНОГО ОРГАНУ З ВИКОНАВЧІМ МЕХАНІЗМОМ

2.1 Будова безрозмірної статичної характеристики з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом

2.2 Графічний метод розрахунку з'єднання регулювального органу з виконавчім механізмом

3. ВИБІР ВИКОНАВЧОГО МЕХАНІЗМУ

ВИСНОВОК

ЛІТЕРАТУРА



ВСТУП

Виконавчі пристрої - це пристрої автоматичних систем керування, призначені для безпосереднього впливу на об'єкт керування.

Одною з відповідальних ланок системи автоматичного регулювання є виконавчий пристрій, що містить дросельний регулювальний орган (клапан, затулка та ін.), виконавчий механізм та пусковий пристрій. Від того, наскільки правильно розрахована перепускна здатність і зроблено вибір характеристик регулювального органу, залежіть якість регулювання, оскільки вигляд перепускної характеристики регулювальних органів обумовлений деякими зовнішніми чинниками.

Правильно розрахований регулювальний орган не повинен спотворювати характеристики лінійного агрегату. Більше того, він може усувати не лінійності статичної характеристики об'єкта. Для цього, наприклад, запроваджують проміжну ланку з відповідною нелінійною статичною характеристикою між регулювальним органом і виконавчим механізмом.

трубопровід тиск регулювальний виконавчий



1. РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР РЕГУЛЮВАЛЬНИХ ОРГАНІВ

1.1 Визначення втрат тиску на заданому відрізку трубопроводу

Вихідні дані для розрахунку:

1. Абсолютний тиск на початку Р_нач та в кінці Р_кін частини трубопроводу;

2. Абсолютна температура середовища Т (незмінна для всієї частини трубопроводу);

3. Характеристика мережі;

4. Статична характеристика об'єкта.

Послідовність розрахунку:

Визначення втрат тиску на заданому відрізку трубопроводу

Загальні втрати тиску на заданому відрізку трубопроводу складаються з втрат на відрізку трубопроводу до ?Р_л1 та після ?Р_л2 регулювального органу, а також на самому РО ?Р_ро. Розрахунок вміщує визначення спочатку ?Рл₁, а потім ?Р_л2 по одній і тій же схемі та по одним і тим же формулам, але для різних умов і властивостей середовища до і після РО.

Втрати на Р визначаються з різниці загального перепаду тиску в мережі ?Р_мер та сумарних втрат тиску на лінії до ?Р_л1 та після ?Р_л2 РО.

Густина повітря при робочій температурі при початковому тиску, кг/м³

Р_{поч =} 0,981+0,1=1,081

= 0,78* = 8,15 кг/м³

Розрахункова максимальна витрата повітря для умов до РО Q_max1, та після РО



Q_max2 , м³/год. Де = 0,49

(чтобы получить умножаем на 3600).

Об'ємна витрата залежить тільки від густини

Динамічна в'язкість середовища при Р та Т

= 2,21*10^-5 Па*с.

Розрахункова швидкість середовища V1 в трубопроводі до РО , м/с для повітря:

= 168,75 м³/год

- діаметр трубопроводу, мм

V - допускна швидкість середовища , м/с , V = 15 м/с.

D = 18,85* = 49,23 мм

Знайдену величину D округляють до близького стандартного Dст значення :

Dст = 50мм.

V1 = = 23,895 м/с

Число Рейнольдса для середовищ до Re РО для пара :

Re1 = 0,354* = 93627

Коефіцієнт тертя для частини трубопроводу до РО, л₁та для частини трубопроводу після РО, л_2.

Для круглих сталевих труб при турбулентному режимі (Re > 2300)

= = 0,028

Втрати тиску в лінії до РО ?Рл₁ при максимальних витраченнях Q_max1

ДР_л1=ДР_пр1+ДР_м1

тут ?Pnp₁(₂)- - втрати тиску на прямих відрізках трубопроводу при максимальному витраченні до PO, Па;

?P_м1 - втрати тиску в місцевих опорах при максимальному витраченні до PO_, Па;

л₁(₂)- коефіцієнти гідравлічного опору тертя, який залежать від режиму руху потоку до PO;

о₁(₂) - коефіцієнти місцевих гідравлічних опорів (зворотів, раптових звужень, розширень) до PO;

L₁(₂) - довжина прямих частин трубопроводу до PO;

D_ст - діаметр прямих частин трубопроводу до та після PO, м;

V₁(₂)- - середня по перерізу швидкість потоку в трубопроводі до PO,

м/с;

р₁(₂)- - густина середовища до PO, кг/м³;

h₁(₂)- перевищення в трубопроводі на відрізках до та після РО, м.

?Рпр1 == 17450,3Па

?Рм1 = = 581,67 + 465,34 = 1047,01Па

?Рл1 = 4991,25 + 334,24= 18497,31 Па

Знайдемо Р1 - абсолютний тиск середовища до РО та Р2 - абсолютний тиск середовища після Р, МПа :

Р₂ = Р₁ -0,35 * (Р_поч - Р_кін)

Р₁ = Р_поч -?Р_л1

Р₁ = 1,081 - 0,018497=1,062503 МПа

Р₂ = 1,062503 - 0,361 = 0,936153 МПа

Густина природного газу при робочій температурі після РО , кг/м³

с₂ = = 0,78* = 7,64 кг/м³



Розрахункова швидкість середовища V₂ в трубопроводі після PO, м/с для природного газу:

V₂ = 354*

Q_max2 = ₌ = 186,14 м³/год

V₂ = = 27,7 м/с

Втрати тиску в лінії після PO ?Р_л2 при розрахунковому максимальному витраченні Q_max2

ДР_л2=ДР_пр2+ДР_м2

? Р_пр2 = 0,028* = 7,13Па

? Р_м2 = 0,75* + =89,84 Па

? Р_л2 = 7,13+89,84=96,97 Па

Втрата тиску в регулювальному органі при максимальній розрахунковій витраті, МПа:

?Р_ро=?Р_мер-(?Р_л1+?Р_л2)

?Р_мер = Р_поч - Р_кін -



загальний перепад тиску в мережі, МПа.

?Р_мер = 1,081-0,720=0,361 МПа

?Р_ро = 0,361-0,01859428 = 0,34240572 МПа

1.2 Розрахунок пропускної здатності, вибір регулювального органу та його перепускної характеристики

Розрахувати необхідне значення перепускної здатності K_{v мах} в залежності від Q_max і ?Р_ро , м³/год .

Рівняння для потоку газу:

K_{v мах} = 1764/5350* = 20,06 м³/год

Стосовно переліку типорозмірів дросельних PO, вибираємо PO з умовною перепускною здатністю K_vy, яка більше розрахункового значення K_{v max} на 20%:

K_vy ?1,2 K_vмах

K_vy = 1,2* 948 = 24,072 м³/год

Таблиця 2 Вибір РО

Діаметр умовного проходу, мм	Умовний тиск , МПа	Умовна перепускна здатність Kv y, м3/год
50	1,6	40

Коефіцієнт n визначаємо по відношенню перепаду тиску в лінії до перепаду тиску на PO.

n = = 0,01

По прийнятому значенню K_vy визначаємо уточнене значення максимальної витрати через РО Q`_max, використовуючи необхідну формулу K_vмах

Q`_max = 2118 м³/год

Потрібно зробити вибір між лінійною та рівно відсотковою перепускними характеристиками PO, виходячи з того, що при п<1,5 переважна лінійна перепускна характеристика, при п > 3 - рівновідсоткова. Для проміжних значень 1,5<п<3 може бути вибрана будь-яка з двох форм перепускної характеристики.

Знайдемо відносне значення витрачень q_max та q_min діленням Q_max і Q_min на Q`_max

(Q_min=504 кг/год, Q_max=1764 кг/год)

q _max== 1764/2118=0.83

q _min== 504/2118=0.23

Вибираємо перепускну характеристику регулювального органа. Аналіз збурень показав, що основними збуреннями в об'єкті є зовнішні збурення (зміна навантаження об'єкта та ін.), тому бажано мати лінійну витрачальну характеристику.

У нас n<1,5, тому вибираємо лінійну перепускну характеристику. Для забезпечення лінійної витрачальної характеристики клапану визначаємо діапазон переміщення PO за витрачальною характеристикою PO з лінійною пропускною характеристикою.

При відомих значеннях n, q _max, q _mіn знаходимо значення L _max та L _mіn (діапазони навантаження) для РО з лінійною пропускною характеристикою:

L _max = 0,81

_{L mіn} = 0,21

При цьому коефіцієнт передачі Кро знаходимо для q _max та q _{mіn .}

Кро _max = 1

Кро _mіn =2,1

==0,47



2. РОЗРАХУНОК З'ЄДНАННЯ РЕГУЛЮВАЛЬНОГО ОРГАНУ З ВИКОНАВЧІМ МЕХАНІЗМОМ

Для якісного регулювання коефіцієнт передачі CAP повинен бути незмінним. Його величина визначається добутком

К=К_обК_рК_вмК_зК_ро,

де K_o6 - коефіцієнт передачі об'єкта,

K_p - коефіцієнт передачі регулятора,

K_вм - коефіцієнт передачі виконавчого механізму,

K₃ - коефіцієнт передачі з'єднання,

K_po - коефіцієнт передачі регулювального органа.

При вибраних формах витрачальної та пропускної характеристик, які забезпечують сталість коефіцієнта передачі регулювального органа, незмінність K може бути отримана шляхом компенсації нелінійності статичної характеристики об'єкта нелінійністю з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом.

2.1 Будова безрозмірної статичної характеристики з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом

Статичну характеристику об'єкта регулювання подаємо у безрозмірній формі:

де Х_{вих об} і X_{вм об} - безрозмірні значення вихідної та вхідної величини об'єкта регулювання;

X^і_вих і X_{вих мах} - і-те та максимальне значення розмірної вихідної величини об'єкта регулювання;

X^і_bx і X_{вx max} - і-те та максимальне значення розмірної вхідної величини об'єкта регулювання.

Безрозмірну статичну характеристику об'єкта регулювання будуємо у першому квадранті координатної площини Х_{вих об}=f(Х_{вих ро}).

У другому квадранті цієї ж площини будуємо лінійну характеристику "виконавчий механізм - об'єкт регулювання" в безрозмірному вигляді.

Праву піввісь координатної площини ділимо на десять рівних інтервалів і, відповідно до схеми, будуємо у четвертому квадранті статичну характеристику з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом.

Отримана характеристика лінеаризує регульований об'єкт, оскільки вона є дзеркальним відображенням його статичної залежності і забезпечує сталість коефіцієнта передачі CAP.

2.2 Графічний метод розрахунку з'єднання регулювального органу з виконавчим механізмом

Графічний метод розрахунку з'єднання регулювального органу з виконавчим механізмом.

Вхідною величиною з'єднання є кут повороту вала регулюючого органу. Тому статичну характеристику з'єднання потрібно перевести з безрозмірної в розмірну, перерахувавши кожну точку в градуси кута повороту, отримавши таким чином залежність кута повороту регулюючого органу від кута повороту вихідного валу виконавчого механізму.

Для будування з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом з поступовим рухом затворів необхідно визначити довжину важеля R визначається за формулою,мм:



R=A·l·r/h,

де r=200 мм- довжина кривошипу виконавчого механізму;

l = 25мм - відстань між віссю обертання важеля клапана та віссю з'єднання його зі штоком;

h = 0,8Dc - хід клапана, де Dc=0,5 Dу

Dc=0,5·50=25мм.

h = 0,8·25=20мм.

А - коефіціент. Для характеристики з'єднання близької до криволінійної А=1,2.

R= 1,2·25·200/20=350

Відстань між вісями S,мм: S=3· r=3·200=600

Довжина вісі виконавчого механізму,мм:

L=R-0,6·r =300-0,6·200=180.

Щоб не було заклинювання з'єднання кут г візмемо 11°.

Будуємо з'єднання виконавчого механізму з клапаном у масштабі 1:5.



3. ВИБІР ВИКОНАВЧОГО МЕХАНІЗМУ

Вибір виконавчого механізму (ВМ) базується на зусиллі, яке він повинен розвивати для зміни положення РО.

Зусилля, необхідне для двохсидільного клапана, складається з сил тиску середовища на шток, тертя штока по защільнику та сили, яка створюється статичною неврівноваженістю затвору.

dш = 10

24,5862

Після цього обираємо виконавчий механізм. Креслимо принципову електричну схему з'єднання ВМ з пускачем ПБР-2 і дистанційним покажчиком положення ДУП вала ВМ.

Після цього вибираємо BM:

Таблиця 3 Вибір ВМ

Тип	Номінальний крутячий момент на вихідному валу, Нм	Номінальний час повного ходу вихідного вала, с	Номінальний хід вихідного вала, оберти
МЄО - 1,6/25-0-0,63		63	0,63

Креслимо принципову електричну схему з'єднання ВМ з пускачем ПБР-2 і дистанційним показчиком положення ДУП вала ВМ.



ВИСНОВОК

У курсовому проекті при значенні K_vy = 24,072 м³/год вибраний регулювальний орган - двухсидільний клапан, отримана статична характеристика з'єднання регулювального органу з виконавчим механізмом, що лінеаризує регульований об'єкт, оскільки вона є дзеркальним відображенням його статичної залежності і забезпечує сталість коефіцієнта передачі CAP, вибраний виконавчий механізм - МЭО- 1,6/25-0,63.

Графічно наведені: переріз регулювального органу (двухсідельний клапан), побудова безрозмірної статичної характеристики з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом, та побудова з'єднання регулювального органу з виконавчим механізмом. Крім того, приведена принципова електрична схема з'єднання пускача ПБР-2, виконавчого механізму та дистанційного покажчика положення ДУП вала виконавчого механізму.

Графічно наведені у додатку:

· будування безрозмірної статичної характеристики з'єднання виконавчого механізму з регулювальним органом ;

· переріз регулювального органу;

· будування з'єднання регулювального органу з виконавчим механізмом;

· принципова електрична схема з'єднання пускача ПБР-2, виконавчого механізму та дистанційного покажчика положення ДУП вала виконавчого механізму.



ЛІТЕРАТУРА

1. Ніколаєнко A.M. Виконавчі пристрої та регулювальні органи. Методичні вказівки до курсового проекту для студентів за фахом "Автоматизоване управління технологічними процесами" ЗДІА / Запоріжжя: Видавництво ЗДІА, 2004. -33 с

2. Ніколаєнко A.M. Технічні засоби автоматизації. Методичні вказівки до курсового проекту для студентів за фахом "Автоматизоване управління технологічними процесами" ЗДІА / Запоріжжя: Видавництво ЗДІА, 1999.- 56 с.

Размещено на Allbest.ru

...