Розрахунок та вибір регулювальних органів

Міністерство освіти і науки молоді та спорту

Запорізька державна інженерна академія

Кафедра автоматизованого управління технологічними процесами

 

 

 

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До курсового проекту

З курсу «Виконавчі механізми та регулюючі органи»

 

 

 

 

Виконала :                                                                                    ст.гр. АТП-11-1д                            

                        Фокіна Ю.О.

 

 

Перевірив :                                                                                              каф. АУТП                                                                 Ніколаенко А.М.

 

 

Запоріжжя 2014

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.
14	Пара	1 кг/с	10 кг/см2	8 кг/см2	623К	Довжина прямих частин трубопроводу до та після РО 12 і 8 м. До РО – заво-рот на 90о униз на 8м, перекриваль-ний вентиль. Після РО – заворот на 90о , мірча діафрагма та раптове розширення.

 

РЕФЕРАТ

Розрахунково-пояснювальна записка складається з 18 сторінок, містить 4 таблиці, 1 графік, додаток на одному аркуші формату Al, літературні джерела.

 

Курсовий проект виконується з метою розрахунку та вибору регулювального органу, розрахунку з'єднання регулювального органа з виконавчим механізмом і вибору виконавчого механізму.

 

РЕГУЛЮВАЛЬНИЙ ОРГАН (РО), ВИКОНАВЧИЙ МЕХАНІЗМ (ВМ), СТАТИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА, ВИТРАЧАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА, ТРУБОПРОВІД, ПУСКАЧ, СЕРЕДОВИЩЕ, ДВОХСИДІЛЬНИЙ КЛАПАН, ТИСК, ВИТРАЧЕННЯ, ПЕРЕПУСКНА ЗДАТНІСТЬ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

ВСТУП           5

1 РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР  РЕГУЛЮВАЛЬНИХ ОРГАНІВ                            6

1.1 Визначення втрат тиску  на заданому відрізку трубопроводу                       6

1.2 Розрахунок пропускної  здатності, вибір регулювального органу та його перепускної характеристики                                                                                10

2 РОЗРАХУНОК З’ЄДНАННЯ РЕГУЛЮВАЛЬНОГО ОРГАНУ З ВИКОНАВЧІМ МЕХАНІЗМОМ                                                                         12

2.1 Будова безрозмірної  статичної характеристики з’єднання виконавчого механізму з регулювальним органом                                                                  12

2.2 Графічний метод розрахунку  з’єднання регулювального органу з виконавчім механізмом                                                                                         13

3 ВИБІР ВИКОНАВЧОГО МЕХАНІЗМУ                                                          16

ВИСНОВОК                                                                                                           18

ЛІТЕРАТУРА                                                                                                         19                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

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 нелінійності статичної характеристики об'єкта. Для цього, наприклад, запроваджують проміжну ланку з відповідною нелінійною статичною характеристикою між регулювальним органом і виконавчим механізмом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 РОЗРАХУНОК ТА ВИБІР  РЕГУЛЮВАЛЬНИХ ОРГАНІВ

       Вихідні дані для розрахування:

1. Абсолютний тиск на початку Рнач та в кінці Ркін 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 а відрізку трубопроводу до ∆Рл1 та після ∆Рл2 регулювального органу, а також на самому РО ∆Рро. Розрахунок вміщує визначення спочатку ∆Рл1, а потім ∆Рл2 по одній і тій же схемі ата 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 ∆Рмер  та сумарних втрат тиску на лінії до ∆Рл1  та після ∆Рл2  РО.

 

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

 

             = 0,3416* = 1,77 кг/м3

1.1.2 Розрахункова  максимальна  витрата повітря для умов од  РО G1,  та після РО G2 , кг/год.

Оскільки масова витрата Gmax не залежить від тиску, та температури

Gmax1 = Gmax2= Gmax 362 кг/год

Qmax = Gmax / ρ

Об’ємна витрата залежить тільки від густини

1.1.3Динамічна в’язкість середовища при Р та Т = 2,21*10-5 Па*с.

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

               
= 204,63 м3/год

 тут  - діаметр трубопроводу, мм

V – допускна швидкість середовища , м/с , V = 30 м/с.

D = 18,85* = 49,23 мм

Знайдену величину D округляють до близького стандартного Dст значення :

Dст = 50мм.

V1 = = 28,97 м/с

1.1.5 Число Рейнольдса для  середовищ до Re РО  для пара :

          

 

Re1 = 0,354* = 115971

1.1.6 Коефіцієнт тертя  для частини трубопроводу до РО,  λ1 та для частини трубопроводу після РО, λ2.

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

 

= = 0,028

1.1.7 Втрати тиску в лінії  до РО ∆Рл1 при максимальних витраченнях Qmax1

ΔРл1=ΔРпр1+ΔРм1

де                                          

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

∆Pм1 - втрати тиску в місцевих опорах при максимальному витраченні до PO, Па;

λ1(2)- коефіцієнти гідравлічного опору тертя, який залежать від режиму руху потоку до PO;

          ξ1(2) - коефіцієнти місцевих гідравлічних опорів (зворотів, раптових звужень, розширень) до PO;

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

Dст - 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 = = 4991,25Па

∆Рм1 = = 185,69 + 148,55 = 334,24Па

∆Рл1 = 4991,25 + 334,24= 5325,49 Па

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

Р2 = Р1 –0,35 * (Рпоч - Ркін)

Р1 = Рпоч -∆Рл1

Р1 = 1,1-0,00532549=1,09467451 МПа

Р2 = 1,09467451 – 0,07 = 1,0246745МПа

1.1.8 Густина повітря при робочій температурі після РО , кг/м3

ρ2 = = 0,3416* = 1,65 кг/м3

1.1.9 Розрахункова швидкість середовища V2 в трубопроводі після PO, м/с для повітря:

                                    V2 = 354*

                         Qmax2 = = = 219,4 м3/год

                                    V2 = = 31,067 м/с

1.1.10 Втрати тиску в лінії після PO ∆Рл2 при розрахунковому максимальному витраченні Qmax2

ΔРл2=ΔРпр2+ΔРм2

де                                           

                                            

∆ Рпр2 = 0,028* = 3567,23Па

∆Рм2 = 0,25* +0,5* + 1* +1* = =199,06 + 402,95 + 796,25 + 796,25 = 2194,52Па

∆ Рл2 = 3567,23 + 2194,23 = 5761,75Па

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

       ∆Рро=∆Рмер–(∆Рл1+∆Рл2)    
де ∆Рмер = Рпоч - Ркін - загальний перепад тиску в мережі, МПа.

∆Рмер = 1,1-1,025=0,075МПа

∆Рро = 0,075-(0,00532549 + 0,00576175) = 0,0639128 МПа

1. Розрахунок пропускної здатності, вибір регулювального органу та його перепускної характеристики.

 

    1.2.1  Розрахувати необхідне значення перепускної здатності Kv мах в  залежності від  Qmax і  ∆Рро ,  м3/год .

Рівняння для потоку водяної пари:

Для до критичного режиму течії пари (∆Рро<Р1/2)

                                                                                           

Kv мах = = 23,44м3/год

1.2.2 Стосовно переліку типорозмірів дросельних PO, вибираємо PO з умовною перепускною здатністю Kvy, яка більше розрахункового значення Kv max на 20%:

 

   Kvy  ≥1,2 Kvмах

   Kvy = 1,2* 23,44 = 28,13 м3/год

 

Таблиця 2. Вибір РО.

Діаметр умовного проходу, мм	Умовний тиск , МПа	Умовна перепускна здатність Kv y, м3/год
50	10	28,13

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

  n = = = 0,17

1.2.4 По прийнятому значенню Kvy визначаємо уточнене значення максимальної витрати через РО Q`max, використовуючи необхідну формулу Kvмах

 

G`max = = 361.83м3/год

1.2.5 Знайдемо відносне значення витрачень qmax та qmin діленням Qmax і Qmin на Q`max

Gmin=0.25*Gmax = 0.25*361.83=90.45 кг/год

  q max= = =1.00047

   q min= = =0.25

1.2.6 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.

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.

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 а max та а mіn (діапазони навантаження) для РО  з лінійною пропускною характеристикою:

 

а max   = 560

а mіn  = 320

При цьому коефіцієнт передачі Кро знаходимо для q max та q mіn .

Кро max = 0.96

Кро mіn =1

= =0.96

 

2 РОЗРАХУНОК  З’ЄДНАННЯ РЕГУЛЮВАЛЬНОГО ОРГАНУ З ВИКОНАВЧІМ МЕХАНІЗМОМ

 

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

К=Коб×Кр×Квм×Кз×Кро,

де Ko6 - коефіцієнт передачі об'єкта,

Kp - коефіцієнт передачі регулятора,

 Kвм - коефіцієнт передачі виконавчого механізму,

 K3 - коефіцієнт передачі з'єднання,

 Kpo - 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.

 

2.1.1 Статичну характеристику об'єкта регулювання подаємо у безрозмірній формі:

де Хвих об і Xвм об - безрозмірні значення вихідної та вхідної величини об'єкта регулювання;

Xівих і Xвих мах - і-те та максимальне значення розмірної вихідної величини об'єкта регулювання;

Xіbx і Xвx max - і-те та максимальне значення розмірної вхідної величини об'єкта регулювання.

2.1.2 Безрозмірну статичну характеристику об'єкта регулювання  будуємо у першому квадранті координатної площини  Хвих об=f(Хвих ро).

 

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

 

2.1.4  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.