18. Регулирующие органы Назначение, параметры и основные требования к регулирующим органам.

Регулирующим органом (РО) называется звено ИУ, предназначенное для изменения расхода регулируемой среды, энергии или каких-либо других величин с целью обеспечения заданного режима работы объекта.

Регулирование технологических процессов осуществляется в подавляющем большинстве случаев путем изменения расхода вещества или энергии, подаваемых на объект или отводимых от него.

Изменение расходов веществ и энергии можно осуществлять тремя способами:

1. путем изменения гидравлического сопротивления сети, по которой протекает регулируемая среда, за счет изменения своего проходного сечения - дроссельные РО (регулирующие клапаны, поворотные заслонки, шиберы и краны);

1. путем изменения расхода вещества за счет изменения производительности агрегатов при постоянном гидравлическом сопротивлении - дозирующие РО (дозаторы, питатели, насосы, компрессоры и др.);

1. комбинированный способ.

Выбор способа зависит от многих условий. Большое значение имеют при этом вопросы экономики и надежности работы, простота технической реализации, статические и динамические характеристики регулирующих органов.

При централизованном снабжении установок, когда от одного источника по параллельным линиям питается несколько объектов, возможен лишь дроссельный способ изменения расходов. При индивидуальном снабжении возможен любой из названных выше способов.

Кроме того, в технике применяются запорные органы - устройства, сходные по конструкции с регулирующими органами, но не являющиеся таковыми. Их назначение - плотное перекрытие какого-либо трубопровода. Они имеют два состояния - открыто или закрыто и не могут использоваться в промежуточных положениях. Запорные органы необходимы при ремонтных работах, аварийных ситуациях. Они могут управляться либо вручную, либо дистанционно с помощью электрического, пневматического или гидравлического приводов.

РО характеризуются многими параметрами, основными из которых являются: пропускная и условная пропускная способности, условное и рабочее давление, перепад давления на РО и условный проход. Кроме этих параметров, определяющих в основном конструкцию РО, есть и другие параметры, которые необходимо учитывать при выборе РО в зависимости от конкретных условий их применения.

Пропускная характеристика устанавливает зависимость пропускной способности относительно перемещения затвора при постоянном перепаде давления.

Конструктивная характеристика устанавливает зависимость изменения относительного проходного сечения РО от степени его открытия.

При соответствующем профилировании дроссельные устройства регулирующих клапанов могут иметь любые конструктивные характеристики, приспособленные к конкретным условиям работы автоматических систем. Дроссельные устройства серийно выпускаемых регулирующих клапанов профилируются обычно с линейной или равнопроцентной пропускной характеристикой.

При линейной пропускной характеристике приращение пропускной способности пропорционально перемещению затвора. При равнопроцентной пропускной характеристике приращение пропускной способности при перемещении затвора пропорционально текущему значению пропускной способности.

Регулирующие заслонки относятся к непрофилирующим РО и имеют пропускные характеристики, близкие к равнопроцентным. На рис...... показаны пропускные характеристики дроссельных РО.

Расходная характеристика представляет собой зависимость относительного расхода среды от степени открытия РО и нужна потому, что в рабочих условиях вид пропускной характеристики изменяется в зависимости от перепада давлений на клапане.

Негерметичность затвора, т. е. пропуск среды при полностью закрытом проходе, также является характеристикой РО. Для надежного и качественного регулирования негерметичность затвора должна быть минимальной.

Общие требования к РО зависят от физико-химических свойств регулируемой среды. Материал РО, контактирующий со средой, должен быть стойким к химическому воздействию среды. Коррозия уплотнительных дроссельных и направляющих поверхностей затворов, седел и штоков недопустима. При необходимости РО должен удовлетворять условиям пожаро- и взрывобезопасности, т. е. необходимо исключить проникновение регулируемой среды наружу.

Основные требования, предъявляемые к РО следующие:

1. Обеспечивать необходимый диапазон изменения расхода вещества.

2. Характеристики РО должны быть стабильны во времени, нежелательны большие запаздывания и инерционности РО, люфты, значительные гистерезисы и т. д., зависимости расхода от перемещения РО должны быть монотонны.

3. РО не должны вызывать значительного снижения КПД установки (объекта).

4. Усилие для перемещения РО должно быть возможно меньшим и равномерным.

5. РО должны удобно и надежно сочленяться с исполнительными механизмами.

6. Учитывать влияние неуравновешенности РО, которая приводит к нелинейности автоматической системы регулирования (неуравновешенными называют РО, если за счет энергии регулируемой среды на штоке РО возникает сила или момент, действующие на исполнительный механизм).

7. РО должны удовлетворять всем требованиям эксплуатации с точки зрения надежности, климатических условий и т. п.

Так как РО являются элементом замкнутой системы регулирования, правильный выбор РО и их характеристик также важен для работоспособности системы, как и выбор схемы системы регулирования, самого регулятора и его настроек.

Для уменьшения влияния неуравновешенности РО применяются следующие способы:

1. уравновешивание самих РО с помощью грузов, пружин и т. д.;

1. уравновешивание устройств, сочленяющих РО с электрическим исполнительным механизмом (ЭИМ);

1. улучшение динамических характеристик ЭИМ.

При наличии неуравновешенности РО появляется различие в коэффициенте усиления регулятора при прямом и обратном ходе ЭИМ, что связано с неоднозначностью импульсной характеристики ЭИМ при различных видах нагрузки на механизм (встречная, сопутствующая). Следовательно, влияние неуравновешенности РО на качество регулирования будет тем меньше, чем ближе импульсная характеристика ЭИМ к идеальной.

Компенсировать асимметрию коэффициента усиления регулятора можно с помощью искусственно вводимой асимметрии скорости связи регулирующего блока. Этот способ отличается простотой, удобством применения и весьма эффективен. Он использует зависимость между коэффициента усиления регулятора К, временем Тим полного хода ЭИМ и скоростью связи V (скоростью компенсации входного сигнала регулятора сигналом цепи отрицательной обратной связи регулирующего блока), которая выражается формулой

К = 1 / (V Тим).

При неуравновешенности регулирующего органа эквивалентная скорость ЭИМ, а следовательно, и его Тим при прямом и обратном ходе механизма различны. Это является причиной появления указанной асимметрии коэффициента усиления регулятора.

Если при прямом ходе ЭИМ установить скорость связи V1, а при обратном ходе V2, то можно подобрать такие значения V1 и V2, что произведения V1Тим₁ и V2Тим₂, соответствующие прямому и обратному движению выходного вала механизма, будут равны. Следовательно, коэффициент усиления регулятора при реверсировании механизма не будет меняться, т. е. влияние несимметричности устраняется. Достоинства этого способа:

1. компенсация осуществляется просто с возможностью изменения степени компенсации (это требует ввести в регулирующие блоки возможность раздельной регулировки скорости связи для прямого и обратного хода);

1. позволяет устранить асимметрию, возникающую вследствие разных причин;

1. дает возможность разрабатывать и применять ЭИМ с менее жесткими требованиями к их динамическим характеристикам, так как довести динамические характеристики ЭИМ до нужных требований затруднительно, особенно для мощных механизмов.