Раздел I. Регуляторы параметров теплоэнергетических установок

2. Регулирование давления

2.1. Принцип работы и типы регуляторов давления

Принцип работы регуляторов давления (РД) основан на понижении (дросселировании) давления на входе в регулятор Р_в до требуемого в магистрали значения Р_р.

РД могут изменять или стабилизировать - поддерживать постоянным - давление как сжимаемых, так и несжимаемых сред. Принцип работы РД требует, чтобы он являлся элементом системы, обеспечивающей Р_в > Р_р и необходимый массовый расход среды G. Из принципа работы также следует, что при работе на несжимаемых средах регулятор может выполнять свои функции только за счёт сброса части рабочей среды из регулируемой магистрали и функционировать при Р_в = Р_р.

Регулятор давления является наиболее распространённым элементом систем автоматического управления и регулирования теплоэнергетическими установками. Это объясняется тем, что помимо своего основного назначения, РД могут выполнять следующие функции:

- регулировать расход среды при наличии критического режима течения в магистрали за регулятором;

- являться основным элементом системы стабилизации температуры в камере сгорания;

- управлять частотой вращения вала двигателя в зависимости от давления командной среды, подаваемой в чувствительный орган регулятора. В качестве чувствительного органа регуляторов давления используются (рис. 2.1) поршень 4, или мембрана 4.1, или сильфон 4.2, на которые с одной стороны воздействует давление регулируемой среды Р_р, с другой - усилие основной пружины 5 и давление командной среды Р_к. Исполнительным органом РД являются клапана 2 различной формы (рис. 2.1) или золотник, неразрывно связанные с чувствительным органом. Различают следующие типы РД:

- регуляторы давления «после себя» (рис. 2.1): область регулируемого давления у таких регуляторов лежит в магистрали за их исполнительным органом;

- регулятор давления «до себя», такие регуляторы обеспечивают заданное Р_р во всей магистрали (рис. 2.19), используются для несжимаемых сред и требуют сброса (слива) среды - РДС;

- регуляторы давления обратного типа - РДО (рис. 2.1), в них движение клапана на открытие и движение среды противоположны по направлению;

- регуляторы давления прямого типа - РДП (рис. 2.8), в таких регуляторах движение клапана при увеличении проходного сечения и движение среды совпадают по направлению;

- регуляторы давления с усиленным воздействием командной среды на величину регулируемого давления Р_р, что достигается за счёт двух жёстко связанных мембран (рис. 2.2) или поршней (рис. 2.З); командная среда может подводиться либо только к дополнительной мембране -тип I (рис. 2.2), либо и к дополнительной и к основной мембране (поршню) - тип II (рис. 2.3);

- регуляторы с разгруженным клапаном от давлений на входе Р_в и выходе Р_р из регулятора (рис. 2.4 и др);

- двухрежимные регуляторы, обеспечивающие два разных значения Р_р, варианты их схем показаны на рис. 2.21 – 2.24;

- многоступенчатые регуляторы, в которых регулируемая среда последовательно или параллельно проходит через несколько регуляторов (ступеней) рис. 2.26 – 2.29.

Каждый тип регулятора имеет свои особенности, влияющие на точность регулирования и воздействия на Р_р внешних факторов Р_к, Р_в, G и др. Функцией, раскрывающей зависимость Р_р от внешних факторов и конструктивных параметров регулятора, является уравнение, называемое статической характеристикой регулятора.

Статическую характеристику получают из уравнения равновесия сил, приложенных к подвижным деталям регулятора, на установившемся (статическом) режиме. В общем случае статическая характеристика регулятора давления имеет вид:

P_p = k₀ + χ * P_k + ΔР_с, (2.1.)

ΔР_с = k₁ * Р_в + k₂ * l(G), (2.2)

где

k₀ - постоянный член, соответствующий значению регулируемого давления Р_р при Р_к⁼0 и Р_с⁼0 определяемый конструктивными параметрами регулятора;

χ - коэффициент усиления чувствительности органа;

Р_к - давление командной среды, создаваемое управляющими элементами ЭУ, в качестве Р_к может использоваться давление окружающей среды, распространён вариант Р_к = const;

ΔР_с - статическая ошибка регулятора;

k₁, k₂ - постоянные коэффициенты, величина которых определяется конструктивными параметрами регулятора;

Р_в - давление среды на входе в регулятор;

l (G) - высота подъёма клапана, зависящая от расхода среды.

В последующих параграфах раздела рассматриваются схемы регуляторов различных типов и их статические характеристики. Значения постоянных коэффициентов уравнений (2.1) и (2.2) для регуляторов различных типов сведены в табл. 2.3.