9. Расчеты автоматических устройств
Расчет сужающего устройства
При выборе типа сужающего устройства обычно руководствуются правилами:
потери давления (энергетические потери) в сужающих устройствах увеличивается в определённой последовательности: труба Вентури, короткое сопло Вентури, сопло-диафрагма;
при прочих режимных условиях и одинаковых значениях m и Ар сопла позволяют измерять большие расходы потоков и обеспечивают более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмами, особенно при малых значениях т;
в процессе эксплуатации диафрагмы закрепляются в большей степени, чем сопла и изменяют коэффициенты расхода, а, следовательно, площади поперечного сечения измерительного трубопровода у диска и степень притупления остроты кромки;
При выполнение расчётов стандартных сужающих устройств, связанных изменением расхода потоков, решают четыре задачи.
1. Определение диаметра d20 отверстие диафрагмы, сопла, сопла Вентури, если известны расходы потока, его физико-химические параметры и размеры цилиндрического участка трубопровода. В этом случае основанное уравнение расхода потока содержит три неизвестных а, е, d20. Возможен путь последовательных приближений, при котором произвольное значение задаётся d, соответствующим какому либо стандартному значению т, определяют в первой приближении а, полотая ориентировочное значение е по отношению Дp/р. Исходя из первого приближения а, находим коэффициент m и по таблице коэффициентов расхода, например, для диафрагмы с угловым отбором перепада давления, определяют соответствующее значение dy при определенном числе Рейнольдса обычно при (Re=1000000) после постановки dy в управление расхода находят, а во втором приближении. Расчёт продолжают до тех пор, пока d20 не будет отличаться более чем на 0,1% .
2. Определение диаметра d20 отверстие сужающего устройства при свободном выборе предельного перепада давление Дрпр. Выбирает так, чтобы относительная площадь устройства m была невелика. При средних скоростях потоков измерительных трубопроводах 10-25м/с значения m должны соответствовать перепадом давления, лежащем в пределах 0,016-0,063 МПа.
Применение сужающего устройства с относительной m 0,35 связью следующими преимуществами уменьшается средняя квадратическая относительная погрешность при большей области измерения измеряемых расходов потока и влияние шероховатости измерительных трубопроводов до 300 мм; сокращается длина прямых измерительных установок трубопровода.
3 Определение перепада давления Др, создаваемого диафрагмой, соплом, соплом Вентури или трубой при определённом расходе потока для выбора необходимого манометра
4.Определения расхода потока по измеряемому перепаду давления на сужающем устройстве определяемого типа при известных конструктивных параметрах сужающего устройства измерительного трубопровода с учётом физико-химических показаний потока.
Исходные данные:
вещество – вода
абсолютное давление Р=3,5 кгс/см2
внутренний диаметр трубы Дтр=50 мм
максимальный объемный расход Q0max=20м3/ч
минимальный объемный расход Q0min=10м3/ч
допустимая норма давления Рn=1 кгс/см2
имеющийся прямой участок трубы перед диафрагмой
Температура t=100С
Расчет:
Из таблицы определяются необходимые для расчета плотность и динамическая вязкость с=999,7 кг/м3, м=1,3077 .
Выбирается сужающее устройство – диафрагма.
Выбирается тип дифманометра – мембранный.
Определяется
максимальный массовый расход.
=20 · 999,7=19994 кг/ч
Из стандартного ряда чисел по максимальному расходу выбирается число большее заданного на 20-25% и принимается за максимальный расход при расчете
=25000 кг/ч
По одной из формул вычисляется число Рейнольдса, соответствующее максимальному расходу
Из графика определяется для каких модулей диафрагмы выполняется условие Remin>Reгр.
Из графика видно, что условие Remin>Reгр выполняется при m<0,31.
Определяется число mб для трех соседних ДРH взятых из стандартного ряда чисел по одной из формул.
,
где - кг/ч
Дтр – мм, ДРH – кгс/см2, с – кг/м2.
Расчет значений для различных перепадов давлений
Таблица 2
ДРH, кгс/м2
|
6300
|
10000
|
16000
|
mб
|
0,344
|
0,253
|
0,200014
|
б
|
0,76
|
0,672
|
0,653
|
m
|
0,48
|
0,375
|
0,31
|
l1/Дтр
|
31
|
21
|
22,5
|
PH/ДP
|
48,5
|
60
|
66,5
|
Pn, кгс/м2
|
3055,5
|
6000
|
10640
|
Для вычисления значений mб по графику определяются величины m и б и заносятся в таблицу.
По значениям m из графика потеря давления от установки диафрагмы и заносятся в таблицу. Из расчетной таблицы видно, что наиболее целесообразным является период давления на дифманометре ДРH=6300 кгс/м2, т.к. при этом располагаемый прямой участок трубопровода больше требуемого, потеря давления меньше допустимой и модуль близок к оптимальному.
Вычисляется диаметр отверстия диафрагмы:
Проводится проверка расчета по формуле:
Относительная погрешность при измерении расхода будет
Расчет выполнен верно, т.к. д=2,6% и это не превышает допустимые 5%.
Расчет регулирующего клапана
Исполнительный механизм должен отвечать требованиям, выявленным при анализе принятого закона регулирования или управления системы, а также требованиям, определяющим совместную работу с выбранным регулирующим органам, т.е. должен удовлетворять требованиям заданных динамических и статических характеристик исполнительного устройства. Выбор исполнительного механизма производится на стадии проектирования системы регулирования в соответствии с конкретными условиями его работы. При этом исполнительный механизм должен:
1) обеспечивать необходимую скорость регулирования, определяемую динамикой системы;
2) обеспечивать линейную ходовую характеристику (статическую), т.е. постоянство коэффициента передачи по мощности во всем диапазоне изменения регулируемой величины, при этом ИМ не будет искажать выбранного закона регулирования;
3) сохранять равенство между перемещением выходного элемента и рабочим ходом затвора регулирующего органа. Если это равенство не выполняется, необходимо подобрать механическую связь между исполнительным механизмом и регулирующим органом. При этом коэффициент передачи связи должен быть учтен (как и всякого звена, входящего в систему автоматического регулирования).
При выборе исполнительных механизмов, кроме требований, предъявляемых системой регулирования, необходимо учитывать следующее:
желательно, чтобы виды энергии, создающей перестановочное усилие, и энергии командного сигнала от регулирующего блока системы были идентичны; в противном случае следует предусмотреть наличие соответствующих преобразователей;
ИМ должны применяться с учетом окружающих условий и иметь соответствующее исполнение ( пыле-, брызго, - взрывозащищенное );
ИМ должны отвечать требованиям по энергетическим, эксплуатационным и экономическим показателям, а также требованиям надежности, предъявляемым в зависимости от степени ответственности регулируемой величины;
4) наименее важным фактором при выборе исполнительного механизма является его масса и габаритные размеры, однако в отдельных случаях эти показатели также следует учитывать, если этого требует специфика его применения.
Цель расчета: определение условной пропускаемой способности ; определение диаметра условного прохода Ду; выбор конкретного клапана.
Исходные данные:
вещество – вода
температура – 100С
внутренний диаметр трубы Дтр=50 мм
максимальный объемный расход Q0max=20м3/ч
минимальный объемный расход Q0min=10м3/ч
давление в начале участка трубы, на котором стоит регулирующий клапан PH=3,5кгс/см2
давление в конце участка трубы PК=2 кгс/см2
длина трубы L=20 м
Z=0, два вентиля, трубопровод прямой горизонтальный.
Расчет:
Находятся недостающие для расчета данные: плотность и динамическая вязкость: с=999,7 кг/м3; м=1,3077 сПз. Составляется схема трубопровода, на котором стоит регулирующий клапан
20 м
Рис.1 Отрезок трубопровода с регулирующим клапаном
Определяется число Рейнольдса (характеризует отношение сил инерции и сил вязкости) для максимального и минимального расходов
Определяется коэффициент трения для максимального и минимального расходов.
Определяются средние скорости потока для максимального и минимального расходов.
Определяются потери на трение при максимальном и минимальном расходах:
Определяются потери на местные сопротивления, для этого находятся коэффициенты сопротивления
овх - коэффициент сопротивления входа в трубу 0,5
овых - коэффициент сопротивления выхода 1
овент - коэффициент сопротивления вентиля 5
Определяются суммарные потери на трение и местные сопротивления
Определяется перепад давления на регулирующий орган при max и min расходах:
Определяется max и min пропускная способность регулирующего органа с учетом коэффициента запаса
Выбираются стандартные значения Ду и .
Ду=50 мм =63 м3/ч
Вычисляется число Remax для Ду.
.
По числу Remax находится поправка на вязкость Ш.
Ш=1.
Определяется пропускная способность с учетом влияния вязкости.
Определяется относительное положение затвора регулирующего органа при max и min расходах.
Клапан выбран верно, так как nmax<0,9; nmin>0,1.
Выбирается конкретный тип клапана, учитывая, что рабочее вещество (вода) – жидкость не агрессивная, t=100C, выбираем клапан типа 25ч32ННС.
Расчет устойчивости автоматического регулятора.
Для обеспечения нормального технологического режима производства пара высокого давления необходимо поддерживать постоянство температуры, при которой происходит нагрев воды. Это возможно осуществить изменением подачи пара, который предварительно проходит через барабан котла и затем поступает в змеевик топки.
В результате эксперимента получена кривая разгона барабана котла по каналу пар-температура.
Необходимо определить передаточную функцию объекта по каналу пар-температура, найти расширенную частотную характеристику и рассчитать оптимальную настройку ПИ-регулятора, построив переходный процесс в системе регулирования.
Рис. 2 Переходная характеристика регулирования расхода пара.
Ответ. В соответствие с методикой, изложенной выше, определяем передаточную функцию объекта. Предварительные расчеты дали следующие значения коэффициентов:
F,=10,36; a=E;
F,=34; a=F;
F,=5,l; a,=F.
Так как кривая разгона и её первая производная при t=0 равны нулю, то выбираем передаточную функцию с учётом транспортного запаздывания следующего вида:
Так как коэффициент усиления K объекта равен отношению выходной величины а и входной X в установившемся режиме, то
Транспортное запаздывание определяем из кривой разгона:
Пренебрегая коэффициентом F3=5,l ввиду его малого влияния, получаем передаточную функцию объекта более простого вида:
Построенная по этой передаточной функции кривая разгона хорошо совпадает с экспериментальной кривой разгона. По передаточной функции объекта заменой с на ico определяем его амплитудно-фазовую характеристику по формуле:
Результаты расчета приведены в таблице:
Амплитудно-фазовая характеристика объекта
Таблица 3
щ
|
А(щ)
|
ц(щ)
|
щ
|
А(щ)
|
ц (щ)
|
мин-1
|
°С/(m/ч)
|
град
|
мин-1
|
°С/(m/ч)
|
град
|
0,06
|
13,65
|
40°33'
|
0,36
|
2,91
|
163°15'
|
0,12
|
11,02
|
70°59'
|
0,48
|
1,61
|
185°06'
|
0,18
|
7,80
|
108°32'
|
0,60
|
1,14
|
202°36'
|
0,24
|
5,52
|
131°28'
|
0,72
|
0,81
|
217°36'
|
Исходя из этих данных мы видим, что регулятор устойчив.
10. Эксплуатация средств автоматизации
Эксплуатация камерной диафрагмы типа ДКС-10-150
Диафрагма устанавливается в трубопроводе, по которому протекает жидкое или газообразное вещество для сужения местного потока.
Качество изготовления сужающих устройств и особенно их правильный монтаж, имеют решающее значение для получения точных результатов измерения расхода.
Наружный диаметр зависит от присоединительных размеров трубопровода.
Сужающие устройства периодически прочищают, открывая вентиль. Продувку ведут до тех пор, пока не прекратиться выброс из сужающего устройства осадков, скопившихся в камерноотборных отверстиях.
На время продувки, дифманометр отключают, так как при сообщении с атмосферой одного вывода сужающего устройства, по второму выводу на дифманометр будет действовать статическое давление в трубопроводе во много раз превышающий предел давления.
Эксплуатация дифманометра типа ДМ
Перед установкой, дифманометр необходимо заполнить измеряемой жидкостью. Для этого на клапаны типового и импульсного сосудов, поочередно надевают резиновый шланг с сосудом, емкостью 0,005-0,001 м3, заполненный измеряемой жидкостью. Не реже одного раза в сутки проверяют нулевую точку, для поверки открывают уравнительный вентиль.
Если результат измерения вызывает сомнения, проводят контрольную поверку на рабочем месте.
Снимать показания измеряемого параметра жидкости на следующий день после включения дифманометра, периодически постукивая по соединительным импульсным линиям между диафрагмой и дифманометром для полного удаления пузырьков воздуха.
Если дифманометр предназначен для измерения параметров газа при отрицательных температурах окружающей среды (до -300С) рабочие камеры его необходимо тщательно продуть сухим сжатым воздухом.
Дифманометры должны содержаться в чистоте.
Эксплуатация блока питания БПС-90П
Текущее обслуживание блока заключается в ежедневной проверке правильности его работы по регистрирующему прибору РМТ.
Ежемесячно необходимо проверять надежность затяжки контактных винтов при отключенном от прибора напряжения питания.
Во время капитального ремонта технологической установки следует проводить лабораторную проверку выходных параметров блока с составлением протокола.
Эксплуатация преобразователя Метран-100
Все приборы для измерения давления и разряжения обеспечивают показания в течение длительного времени, если выполняются нормальные условия.
Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного блока. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство и отличаются лишь конструкцией измерительного блока. Перед включением преобразователей нужно убедиться в соответствии их установки и монтажа.
Подключение питания к плюю через 30 минут после включения электропитания проверьте и при необходимости установите в соответствие значения выходного сигнала преобразователя. Соответствующее нижнему значению измеряемого параметра. Установку производят с помощью элементов настройки "нуля" с точностью не хуже 0,2Дх, бех учета погрешности контролируемых средств. Контроль значения выходного сигнала может производиться так же с помощью милливольтметра постоянного тока, подключаемого к клеммам 3-4 электронного преобразователя. При выборе милливольтметра необходимо учитывать, что падение напряжения на нем не должно превышать 0,1В. Установка выходного сигнала у Метрана-100 должно производиться после подачи и сброса избыточного давления, составляющего 8-10% верхнего предела измерений.
Преобразователь Метран-100 выдерживает воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением в равной мере, как со стороны плюсовой, так и минусовой камер. В отдельных случаях односторонняя перегрузка рабочим избыточным давлением нормальных характеристик преобразователя. Для подключения этого необходимо строго соблюдать определенную последовательность операций при включении преобразователя в работу, при продувке рабочих камер и сливе конденсата.
Эксплуатация ТСП-1088
Каждую смену проводят визуальный осмотр термопреобразователей сопротивлений типа ТСП-1088. При этом проверяют, чтобы крышки на головках были плотно закрыты и под крышками были прокладки. Асбестовый шнур для уплотнения выводов проводов должны быть плотно поджаты штуцером. В местах возможной тяги продукта следует предотвратить его попадание на защитную арматуру и головки термопреобразователя. Проверяют наличие и состояние съемочного слоя тепловой изоляции, уменьшающего отвод тепла от чувствительного элемента по защитному чехлу в окружающую среду. В зимнее время на наружных установках нельзя допускать образование ледяных налетов на защитной арматуре и отходящих проводах, так как они смогут привести к повреждению термопреобразователей сопротивлений. Не реже одного раза в месяц осматривают и чистят электрические контакты в головках термопреобразователей сопротивления.
Обслуживание прибора сводится к следующим периодическим операциям: замены диаграммного диска, протирание стекла и крышки прибора, заливки чернил, промывки чернильницы и пера, смазки подшипников и трущихся деталей механизма. Длительная с частым перемещением контакта по реохорду может привести к засорению контактной поверхности реохорда продуктами износа контактов, осадками, поэтому периодически необходимо чистить реохорд щеткой, смоченной в бензине или спирте.
Замена диаграммного диска производится следующим образом: снять указатель, взять за наружную обойму и, нажимая от себя до упора, повернуть указатель против часовой стрелки до выхода из зацепления. Затем снять диаграммный диск, предварительно вынув пружинную шайбу. Заправка чернильницы производится специальными чернилами. При длительной эксплуатации прибора следует периодически проводить чистку и смазку подвижных частей.
|
