21. Рациональный выбор регулирующего органа при построении аср.

Устройство автоматической системы управления или регули­рования, воздействующее на процесс в соответствии с получае­мой командной информацией, называется исполнительным устройством.

Обычно исполнительные устройства состоят из пневматиче­ского, электрического или гидравлического исполнительного ме­ханизма и регулирующего органа. В химической промышлен­ности в автоматических системах часто используют пневматиче­ские мембранный и поршневой исполнительные механизмы, а в качестве регулирующих органов - регулирующий клапан и за­слонку.

Регулирующий клапан должен работать в системе с трубопрово­дами, резервуарами и первичным двигателем каждого потока. В об­щем случае сначала определяют характеристики резервуаров, затем рассчитывают трубопроводы исходя из оптимального сочетания ка­питальных затрат и эксплуатационных расходов. Далее выбирают насос или компрессор, предполагая, что регулирующий клапан вносит некоторые дополнительные потери давления в системе. Величину этих потерь обычно задают произвольно, принимая ее равной 25-33%. Выбор первичного двигателя определяет и потери мощности на регулирующем клапане. Заметим, что в любом заданном потоке двигатель создает определенный напор, часть которого теряется на заданных сопротивлениях резервуаров и трубопроводов, а соответствие между этими потерями устанавливает регулирующий клапан. Поэтому изменение клапана без изменения первичного двигателя не может повлиять на потери работы на самом клапане.

Размер регулирующего клапана нужно выбирать до выбора пер­вичного двигателя, а не после. И допустимый перепад давления на клапане необходимо определять, исходя из требуемого диапазона регулирования, а не задавать произвольно.

Расход жидкости через регулирующий клапан связан с перепадом давления формулой: ,

Где F - расход, м³ /с, а - степень открытия клапана, C_v - коэф­фициент расхода, ∆р - перепад давления, Па, ρ - плотность жид­кости, кг/м^з. Если величина ∆р постоянна, то расход прямо пропорционален степени открытия клапана. Но ∆р уменьшается пропорционально квадрату расхода вследствие сопротив­ления резервуаров, трубопроводов и внутренних частей насоса. Тогда доступный для регулирования перепад давления уменьшается от мак­симального значения ∆р.

М ожно связать относительный расход F/Fм со степенью открытия клапана а и отношением минимального перепада давления к максимальному:

(1.49)

На рис. 1.11 приведены кривые относительного расхода в зависи­мости от степени открытия клапана.

Если клапан имеет линейную характеристику, т.е. степень откры­тия клапана а равна относительному перемещению штока т, то характеристика, представленная на рис. 1.11, будет его номиналь­ной характеристикой.

К лапан, который мог бы обеспечить почти линейную зависимость между положением штока и расходом, имеет равно-процентную характеристику.

Из рис.1.12 следует, что клапан с равнопроцентной характе­ристикой способен обеспечить почти линейную номинальную зависи­мость, когда перепад давлений при максимальном расходе сравни­тельно мал. Однако диапазон регулирования уменьшается пропорци­онально заданному перепаду давления. При полном расходе перепад равен ∆p, а при нулевом расходе он возрастает до ∆рм. Поэто­му номинальная амплитуда регулирования для клапана выражается следующим образом:

Можно исправить даже такие ситуации, когда насос имеет слиш­ком большие размеры (что приводит к слишком большому перепаду давления на регулирующем клапане). Если клапан достаточно велик, о чем свидетельствует чрезмерное дросселирование даже при пол­ном расходе, то рабочее колесо насоса можно уменьшить до такой степени, что клапан будет работать в режиме, близком к полному открытию. При необходимости можно установить клапан большего размера и изменить линейную характеристику на равнопроцентную.

При расчете АСР пневматический регулирующий клапан представляют апериодическим звеном 1-го порядка.