Исполнительные устройства

ИУ - это силовые устройства, воздействующие на технологический процесс в соответствии с полученным командным сигналом. Они состоят из двух функциональных блоков: исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО), и могут оснащаться дополнительными блоками.

х _р- командный сигнал информации;

l, ω - линейное и угловое перемещения;

Q, N - относительный расход вещества

или энергии через ОУ.

ДБ - дополнительные блоки.

Из гидравлики известно, что расход вещества через ОУ: Q = f(ΔР, υ, ρ, с₁, с₂, ..., c_n),

где ΔР - перепад давления в гидравлической системе (локальный участок АСР);

υ, ρ - кинематическая вязкость и плотность среды;

с₁, с₂, ..., c_n - гидравлические характеристики технологического оборудования, характеризующие интенсивность рассеивания энергии вещества (коэффициент расхода, модуль вязкости и т.п.).

Тип ИУ зависит от того какой из аргументов уравнения выбран в качестве определяющего:

1). ΔР = f(х_р) - такой способ называется недроссельным и технически реализуется на базе насосов путем изменения их напора или производительности. Применяются насосы объемного дозирования (шестеренчатые, поршневые, шиберные, сильфонные и мембранные) и постоянного напора (червячные и центробежные).

2). υ = f(х_р) – такие ИУ редкость; основаны электро-реологическом эффекте, где вязкость есть функция от напряженности магнитного поля для полярных жидкостей.

3). ρ = f(х_р) – таких ИУ нет.

4). с_i = f(х_р) – в гидросистему вводится элемент с переменной интенсивностью рассеивания энергии в зависимости от х_р. Такой способ называется дроссельным, а сам этот элемент – регулирующим органом.

ИУ классифицируют:

- по принадлежности к ветви ГСП (пневматические, электрические, гидравлические);

- по типу РО в структуре ИМ:

а) стандартные (на которые есть ГОСТы) – односедельные, двухседельные, трехходовые, диафрагмовые, шланговые, заслонки;

б) нестандартные – односедельные, двухседельные, шаровые, задвижки.

Исполнительные механизмы.

ИМ - это устройство, предназначенное для перемещения РО.

Электрические ИМ.

Достоинства:

- возможность удаления ИМ от регулирующего устройства на неограниченные расстояния;

- создание больших перестановочных усилий (до 25 тонн) [перестановочные усилия – усилия, которые преодолевает ИМ при управлении РО];

- относительно высокий класс точности (±1).

Недостатки:

- трудность создания конструкции во взрыво-пожаробезопасном исполнении;

- сложность конструкции, наладки, обслуживания;

- большая масса и стоимость.

Различают электромагнитные и электродвигательные ИМ.

Электромагнитные ИМ.

Данные устройства не входят в состав ГСП (нет нормирующих преобразователей, нет расчетных методик). Носят также название соленоидных. Наибольшее распространение среди них получили электромагнитные приводы серии ЭВ.

Это прямоходные механизмы позиционного действия. Имеют простые конструкции и схемы управления. Неотъемлемой частью электромагнитных ИМ является электромагнит, сердечник которого играет роль затвора, т.е. роль подвижного РО.

Рассмотрим электромагнитный ИМ с односедельным РО.

1 – индукционная катушка;

2 – затвор;

3 – седло;

4 – регулирующий орган.

Среди них различают непосредственного действия и с усилием. РО сильно влияет на работу ИМ, т.к. является источником двух сил нагрузки: гидростатической (из-за перепада давления на затворе) и гидродинамической (обусловленной силой вязкого трения в пограничном слое затвора). Это вызывает вибрацию, сотрясения, нелинейность расходных и ходовых характеристик устройств. Для устранения этих недостатков и используются ИМ с усилением, роль которых играют мембраны, поршни, спицы, отводные каналы и т.п.

Применение электромагнитных ИМ ограничивается позиционным характером действия и массой РО, ибо для создания необходимого усилия при перемещении тяжелого РО приходится значительно увеличивать силу тока катушек соленоида (устройства становятся громоздкими и невыгодными).

Электродвигательные ИМ.

Основными элементами данных устройств являются:

- двигатель;

- путевой выключатель (конечные выключатели, датчики ОС);

- редуктор (понижает число оборотов двигателя и увеличивает крутящий момент на его валу).

Электродвигательные ИМ могут также снабжаться:

- указателем положения выходного органа;

- дистанционной сигнализацией положения РО;

- автоматическим пуском и дистанционным управлением;

- ручным приводом;

- тормозом и др.

Различают устройства с постоянной и переменной скоростью вращения выходного органа, а также однооборотные и многооборотные.

В настоящее время наиболее распространены среди них ИМ серии МЭ:

МЭО – однооборотные;

МЭМ – многооборотные;

МЭП – прямоходные;

МЭОК – управление с помощью контактных устройств;

МЭОБ – управление с помощью бесконтактных устройств.

МЭК (МЭК-Б) – с переменной скоростью вращения, управление с

помощью контактных (бесконтактных) устройств;

А). ИМ с постоянной скоростью вращения

В таких механизмах скорость перемещения не зависит от величины сигнала управления, а направление перемещения определяется знаком входного сигнала. Функциональная схема такого ИМ выглядит следующим образом:

х_р- командный сигнал информации;

l, ω - линейное и угловое перемещения (ω_д = const).

Позиционер – регулятор положения выходного звена ИМ.

Б ). ИМ с переменной скоростью вращения

Рассмотрим принципиальную схему такого устройства. В данном механизме используется обратная связь по частоте вращения асинхронного двигателя. Величина и фаза переменного входного напряжения U_вх является управляющим сигналом и определяет значение тока в выходных цепях ФЧУВ, а следовательно и сопротивление рабочих обмоток магнитных усилителей МУ. При одной фазе МУ1 открывается, а МУ2 запирается, а при изменении фазы напряжения на 180° - наоборот. При этом двухфазный асинхронный двигатель реверсируется. Если U_вх = 0 оба МУ ненасыщенны и их сопротивление велико по сравнению с сопротивлением обмоток электродвигателя. На конденсаторе ток равен нулю и двигатель неподвижен.

ФЧУВ – фазочувствительный управляющий выпрямитель;

R_ос – сопротивление обратной связи.