Пневматические усилители типа сопло-заслонка

Достоинства: высокий коэффициент усиления, возможность получения линейной характеристики малая инертность.

Недостатки: зависимость статической характеристики от давления питания – Р_пит, высокие требования к чистоте воздуха

Электронные усилители

Здесь в выходную цепь включается нагрузочное сопротивление (резистор) – R_a, напряжение на котором изменяется с изменением входного напряжения – U_вх между сеткой и катодом.

Достоинства: малая инерционность, большой коэффициент усиления.

Недостатки: чувствительность к вибрации и разброс выходных параметров ламп.

Полупроводниковые усилители

Входной сигнал подается на участок цепи между базой и эмиттером, а выходное (нагрузочное) сопротивление устанавливается между коллектором и эмиттером. Общим электродом является эмиттер.

Достоинства: малые габариты, большой коэффициент усиления, надежность.

Недостатки: большой разброс параметров, зависимость характеристик от температуры окружающей среды.

2-1-4 Исполнительный механизм

Исполнительный механизм – служит для преобразования сигнала от управляющего устройства в перемещение регулирующего органа за счет использования развиваемой энергии чувствительным элементом или энергии вспомогательного источника питания. В зависимости от вида используемой энергии исполнительные механизмы бывают гидравлические, пневматические и электрические; а по принципу действия они делятся на сервоприводы с постоянной скоростью перемещения (электрические сервомоторы) и сервоприводы со скоростью перемещения, пропорционально сигналу от управляющего элемента (пневматические и гидравлические сервомоторы).

§ 2-2 Регулирующие органы

Устройства, предназначенные для изменения подводимой к объекту регулирования или отводимой от него энергии или вещества (топлива, воздуха, пара, воды и т.д.) с целью обеспечения заданного режима работы, называются регулирующими органами. Регулирующие органы, применяемые как при дистанционном управлении, так и в системах автоматического управления, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

 иметь необходимый диапазон изменения количества энергии или вещества для обеспечения качественного регулирования во всем диапазоне нагрузок регулируемого объекта;

 статистические характеристики регулирующих органов, т.е. зависимость изменения количества вещества, проходящего через регулирующий орган от степени его открытия, должны быть стабильны во времени и, по возможности, не ухудшать динамических свойств системы управления (нежелательны большое запаздывание, люфты, инерционность и т.д.);

 надежны в эксплуатации, исключая утечку регулируемой среды и ряд других факторов, существенно влияющих на КПД установки;

 удобно и надежно сочленяться с сервомоторами;

 удовлетворять требованиям пожаро- и взрывобезопасности при работе в особых условиях;

Выбор регулирующих органов обычно осуществляется на основании знания его характеристик:

а) конструктивной характеристики – зависимости относительной величины проходного сечения F от величины относительного перемещения регулирующего органа , т.е.

;

б) расходной характеристики – зависимости величины относительного расхода вещества q через регулирующий орган от относительного перемещения регулирующего органа , т.е.

.

Расходная характеристика (называемая также статистической характеристикой) регулирующего органа зависит не только от его конструкции, но и от вязкости среды, ее плотности, условий работы, т.е. определяется эксплуатационными условиями, поэтому ее часто называют рабочей характеристикой.

В случае, если расходная характеристика снимается при постоянном перепаде давления на регулирующем органе, то она соответствует конструктивной характеристике и ее называют идеальной. ЭПР

При построении систем автоматического управления на выбор статистической характеристики регулирующего органа необходимо обращать чрезвычайно серьезное внимание, т.к. качество работы одной и той же системы управления при оптимальной настройке регулятора будет определяться видом характеристики регулирующего органа как одного из элементов АСУ. В системах автоматического управления теплотехническими процессами применяются несколько типов регулирующих устройств:

1. Дроссельные регулирующие органы – регулирующие клапаны, краны, задвижки, поворотные заслонки, затворы.

2. Регулирующие устройства, обеспечивающие изменение расхода путем изменения располагаемого напора, - направляющие аппараты дымососов и вентиляторов, регулирующие автотрансформаторы и ряд других.

3. Устройства для регулирования расходов сыпучих материалов – питатели сырого угля, угольной пыли, песка и другие.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия регулирующих устройств, нашедших наибольшее распространение в промышленности.

Регулирующие клапаны являются наиболее распространенным видом дроссельных регулирующих органов для регулирования расходов жидкостей, пара или газа. К ним относятся тарельчатый клапан (рис. 2 – 6а), игольчатый (рис. 2 – 6б), золотниковый с профильными окнами (рис. 2 – 6в) и ряд других, используемых для регулирования потоков, давление которых невелико и, следовательно, не требуется больших усилий для перемещения клапанов.

Выбор той или иной конструкции клапана осуществляется по расходной характеристике, которая определяется выбором профиля клапана (или окна золотникового клапана).

При больших расходах на трубопроводах высокого и сверхвысокого давления применяются так называемые двухседельные клапаны (рис. 2 – 7). Конструкция этих клапанов такова, что высокое давление среды не вызывает необходимости приложения дополнительных усилий для преодоления его. Действительно, как следует из рис. 2 – 7, давление Р₁ воздействует в одинаковой степени на открытие и закрытие клапана (т.е. действие его на клапан компенсируется), и, следовательно, величина перемещающих усилий будет определяться лишь величиной изменения перепада давления  Р=Р₁-Р₂ до и после регулирующего клапана.

Рис. 2 – 7

Регулирующие шиберы, задвижки и поворотные заслонки применяются для регулирования расходов воздуха и газов при небольших статистических давлениях. Они устанавливаются на трубопроводах как круглого, так и прямоугольного сечения. Для обеспечения необходимой расходной характеристики регулирующие шибера и задвижки выполняются с проходными сечениями фасонного профиля (рис. 2 – 8). На рис. 2 – 9 представлено конструктивное оформление поворотных заслонок, причем на рис. 2 – 9а показана однополосная заслонка, а на рис. 2 – 9б – многополосная поворотная заслонка.

Направляющие аппараты дымососов и вентиляторов, устанавливаемые на всасывающей стороне и изменяющие направление входа струи в межполосные каналы дымососов и вентиляторов, нашли наибольшее распространение для регулирования производительности тягодутьевых машин.

Н а рис. 2 – 10 представлена принципиальная схема осевого направляющего аппарата для серийных вентиляторов. Осевой направляющий аппарат крепится к входному патрубку вентилятора. Регулирование производительности вентилятора обеспечивается закручиванием потока в сторону рабочего колеса за счет поворота направляющих лопаток – 1 относительно осевого положения.

Воздействие на поворот направляющих лопаток – 2 осуществляется с помощью системы рычагов – 4, поворотного кольца – 2 и привода – 3.

Питатели сырого угля используются для подачи угля в мельницу и выполняются трех типов: тарельчатые, ленточные и скребковые. На рис. 2 – 11 представлена принципиальная схема тарельчатого питателя. Основным элементом питателя является вращающийся диск – 1, на который из бункера – 4 поступает сырой уголь; топливо с диска сбрасывается при помощи ножа – 2, изменение угла которого определяется количество топлива, подаваемого к мельнице. Требуемая высота слоя угля на вращающемся диске устанавливается с помощью подъемной манжеты – 3.

Принципиальная схема ленточного и скребкового питателя представлена на рис. 2 – 12. Регулирование подачи топлива в них осуществляется шибером – 1, изменяющим высоту слоя топлива на транспорте – 2. Производительность ленточных транспортеров определяется влажностью топлива, что является их недостатком.

Для регулирования влажных материалов используют разновидность ленточных питателей – скребковые питатели. У скребковых питателей функцию ленты выполняют скребки, которые, перемещаясь по металлическому столу, захватывают топливо и сбрасывают его в мельницу. Кроме шибера – 1, регулирование подачи топлива может осуществляться изменением числа оборотов ведущего барабана, изменяющего скорость перемещения ленты или скребка

Для регулирования подачи угольной пыли в топку (и ряда других сыпучих материалов) применяются шнековые (рис. 2 – 13а) и лопастные (рис. 2 – 13б) питатели пыли.

Регулирование количества пыли в шнековом питателе осуществляется путем регулирования числа оборотов электродвигателя, изменяющего число оборотов шнека. Недостаток этого питателя заключается в том, что его производительность определяется влажностью топлива, толщиной помола и количеством пыли в бункере. С этой точки зрения более стабильными характеристиками обладают лопастные питатели пыли. У них (рис. 2 – 13б) пыль захватывается первой звездочкой – 1, перемещается на 180⁰ и сбрасывается через отверстия в перегородках – 2 на следующую звездочку, а затем – в пылепровод. Для устранения зависания пыли из бункера и более равномерной подачи ее служит ворошитель – 3. Регулирование производительности лопастного питателя пыли, как и шнекового, осуществляется изменением числа оборотов электродвигателя, а следовательно, и звездочек – 1.

§ 2-3 Дистанционное управление регулирующими органами

Как отмечалось во введении к данному курсу, необходимым условием комплексно-автоматизированного производства является наличие средств дистанционного управления регулирующими органами. Дистанционное управление позволяет оператору воздействовать на протекание технологического процесса с пульта управления, что не только существенно облегчает его работу и уменьшает количество обслуживающего персонала, но и создает предпосылки для построения полностью автоматизированных систем управления производственными процессами. Это и обуславливает необходимость разработки таких систем дистанционного управления, которые не только позволяют оператору воздействовать на регулирующий орган с пульта управления, но и, являясь элементом замкнутых систем автоматического управления, удобно сочленяются с регуляторами производственных процессов.

Принцип построения систем дистанционного управления независимо от конструктивного выполнения отдельных их элементов, определяемых видом используемой энергии для перемещения регулирующего органа (гидравлическая, пневматическая, электрическая), один и тот же. Скелетная схема дистанционного управления каким-либо регулирующим органом предусматривает три возможных режима работы установки:

1) режим автоматического регулирования – регулятор воздействует на регулирующий орган (пунктир на рис. 2 – 14);

2) режим дистанционного управления – оператор посредством ключа дистанционного управления - КДУ воздействует на регулирующий орган;

3) режим ручного управления – воздействие от ключа дистанционного управления и регулятора не передается регулирующему органу, а его перемещение осуществляется оператором вручную на месте установки.

Переход от одного режима работы установки к другому в схеме дистанционного управления осуществляется переключателем – 1. При положении переключателя в режиме дистанционное управление (автоматическое регулирование) небольшое по мощности воздействие от ключа дистанционного управления – КДУ (регулятора) передается на усилитель – 2, предназначенный для усиления исходного сигнала (от КДУ) до величины, достаточной для перемещения сервомотором – 4 регулирующего органа – 5.

Конструкция усилителя обеспечивает усиление входного сигнала не за счет его преобразования, а за счет подключения и использование в сервомоторе достаточно мощного источника внешней энергии – 3. Степень перемещения регулирующего органа – 5 фиксируется датчиком перемещения – 6, передающим сигнал на указатель положения – ПУ, расположенный на пульте управления (т.е. осуществляется обратная связь по положению регулирующего органа).

В качестве примера рассмотрим работу электрической системы дистанционного управления регулирующим органом, чрезвычайно широко распространенной в теплоэнергетике, металлургии и ряде других отраслей промышленности. Сигнал постоянного тока (рис. 2 – 14) от ключа дистанционного управления (или от электронного регулятора) через переключатель – 1 подается на магнитный контактор – 2 (или магнитный усилитель), который на время длительности сигнала от КДУ (регулятора) подключает асинхронный электродвигатель – 4 к трехфазной цепи переменного тока – 3. Электродвигатель (мощность которого определяется величиной усилий, требуемых для перемещения регулирующего органа) через редуктор воздействует на регулирующий орган – 5, изменяющий количество подводимой к регулируемому объекту энергии или вещества.

Аналогично осуществляется работа системы дистанционного управления при наличии гидравлических и пневматических источников внешней энергии.