Глава 17. Конструкции и характеристики регуляторов

1. РЕГУЛЯТОРЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Регулятором прямого действия называют регулятор, перемещение регулирующего органа которого производится воз­действием чувствительного элемента, использующего для этого энергию регулируемой среды.

Примером регулятора прямого действия является показанный на рис. 121 астатический регулятор уровня. В этом регуляторе чувствительным элементом является поплавок, а регулирующим органом — заслонка.

Отсутствие дистанционного управления у регуляторов пря­мого действия ограничивает их область применения. Однако бла­годаря небольшой стоимости и простоте конструкции регуляторы прямого действия находят применение в тех случаях, когда тре­буется стабилизирующее регулирование с невысокой точностью при постоянной нагрузке.

Промышленность выпускает серийно регуляторы прямого действия для стабилизации температуры, давлений и уровня.

Регуляторы температуры типов РТД, РТ и РТК предназна­чаются для автоматического поддержания заданной температуры жидких и газообразных сред.

Рассмотрим работу регулятора прямого действия типа РТД (рис. 133). Термометрическая система регулятора представляет собой паровой манометрический термометр, состоящий из термо­баллона 1, капилляра 2 и сильфона 3. Внутренняя емкость си­стемы частично заполнена низкокипящей жидкостью, температура кипения которой ниже нижнего предела регулирования темпе­ратуры. Термобаллон размещается в контролируемой среде, и

Рис. 133. Регулятор температуры пря- Рис. 134. Регулятор давления прямого мого действия действия

в соответствии с ее температурой в термометрической системе устанавливается давление паров рабочей жидкости. В результате этого в сильфоне развивается усилие, пропорциональное гое эффективной площади, которое уравновешивается усилием пру­жины 4. При отклонениях температуры от заданного значения, определяемого состоянием пружины, давление в термосистеме изменяется и, следовательно, растягивается или сжимается силь- фон, вызывая перемещение штока 5 и золотника 6 регулирующего клапана. Благодаря этому изменяются проходное сечение клапана и количество нагреваемого вещества. Изменение расхода нагре­ваемого вещества прекращается, как только его температура достигнет заданного значения.

Регуляторы давления выпускаются двух типов: пружинные и гиревые. К первым относятся регуляторы перепада давления. Такие регуляторы выпускаются двух модификаций: «после себя» (давление закрывает) и «до себя» (давление открывает).

Регулятор давления прямого действия РДП (рис. 134) пред­назначен для поддержания давления мазута в трубопроводе. Плоская гофрированная мембрана 2 жестко связана с золотни­ком 4 клапана. Настройка регулятора на необходимое давление осуществляется винтом, соединенным с мембраной посредством тарированной пружины 3. При увеличении давления в системе 1 мембрана 2 прогибается вниз и прикрывает доступ мазута едпо- мощью золотника 4. Регуляторы РДП выпускают в четырех мо­дификациях с давлениями настройки от 0,1 -10^е Па до 4-10® Па. Регулятор встраивается непосредственно в трубопровод и на­страивается по показанию манометра. Ф

Из регуляторов давления прямого действия, предназначенных для автоматического поддержания заданного давления пара, воды, таза и других сред, следует отметить регулятор типа РД-32. Диапазон настройки регулятора 0,25-10® ... 2,5-10® Па, диаметр условного прохдда 32 мм, зона нечувствительности — не более 2,5 %.

Универсальный регу­лятор давления типа РДУК-2 предназначен для регулирования высо­кого (1,2-10^е МПа) и сред­него (0,6 МПа) давления неагрессивного газа и под­держания заданного зна­чения выходного давления от нуля до максимума при переменном входном давлении и изменении расхода.

Регуляторы уровня поплавкового типа являются наиболее распространенными. Регулятор уровня РУ-16 (рис. 135) имеет поплавок 1, который кинематически связан с золотниковым устройством 5 клапана 6. Поступающая в клапан жидкость своим напором поднимает поршень 4 и связанное с ним золотниковое устройство 5 и течет в резервуар через щель между золотником и корпусом клапана. В это же время часть жидкости протекает через небольшое отверстие 7 поршня и головки 3 в резервуар. При до­стижении заданного уровня в резервуаре жидкость поднимает поплавок, который перекрывает пробкой 2 отверстие в головке <3.

Давление жидкости под поршнем уравнивается, а поршень действием собственного веса опускается вместе с золотником, перекрывающим отверстие, в клапан, после чего подача жидкости в резервуар прекращается. При снижении жидкости в резервуаре поплавок опускается и приоткрывает пробкой отверстие в го­ловке 3, давая тем самым поступающей жидкости вновь поднять поршень и заполнить резервуар до заданного уровня.

Регулятор РУ-16 предназначается для регулирования уровня чистых агрессивных жидкостей с температурой 5 ... 60 °С.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ КОСВЕННОГО

ДЕЙСТВИЯ

В электрических и электронных регуляторах для управления исполнительным механизмом используется электри­ческая энергия.

Для создания позиционных систем автоматического регулиро­вания в литейных и термических цехах используют серийные приборы различных модификаций, снабженных электрическими контактными устройствами. Для позиционного регулирования могут быть использованы преобразователи релейного типа (биме­таллические, дилатометрические и др.).

Рис. 136. Схема двухпозициоииого электрического регулятора температуры

В схеме двухпозиционного регулирования температуры в су­шильной печи (рис. 136) система обогрева сушильной печи уст­роена так, что если температура в рабочем пространстве станет

ниже допустимой, то должны включаться нагревательные эле­менты ЕК1 большой мощности, а если температура станет выше допустимой, то включаются элементы ЕК2 малой мощности. В ка­честве чувствительного элемента используется термометр сопро­тивления 1, подключенный к электронному мосту 2 по трехпро­водной схеме. Если температура в печи отклонится от заданного значения, то изменится электрическое сопротивление термометра и в диагонали моста появится сигнал разбаланса. Усиленный электронным усилителем 3 сигнал приводит во вращение ротор реверсивного двигателя 4. Направление его вращения зависит от знака разбаланса, т. е. от знака отклонения температуры от заданного значения. С ротором электродвигателя кинематически связаны два диска: 5 к 6, положение которых зависит от угла поворота ротора, следовательно, от положения движка реохорда и показывающей стрелки 9 моста. К дискам с помощью пружин 7 и 8 прижаты направляющие контактов 8С}1 и БС12. При вращении дисков контакт БС}2 замкнут в интервале показаний прибора от начала шкалы до впадины диска 5 и разомкнут в интервале от впадины до максимума шкалы. Контакт 8С}1, наоборот, разомк­нут от начала шкалы до впадины диска 6 и замкнут в интервале от впадины до максимума шкалы.

При достижении нижнего температурного предела замыкается контакт 8С}1 и включаются нагревательные элементы ЕК1 боль­шой мощности. При достижении верхнего температурного пре дела замыкается контакт 802, а контакт 5(2/ размыкается, что приводит к медленному снижению температуры. Как только будет достигнут нижний предел температуры, ситуация повторится, и т. д.

На рис. 137 показана электрическая схема двухпозициоииого регулирования температуры в рабочем пространстве камерной печи типа СНЗ-4,0.8,0.2,6/10

НАї.г 58МР,

її

»г

73

U-F	Hg 1=>
9 SQ7	nM2
	U ßA
	S~

«л». з

-О-¹

Рис. 137. Электрическая схема регули­рования температуры рабочего про­странства камерной электрической пе­чи с защитной атмосферой

И приводу исполнительного механизма

Ы L-J

Рис. 138. Упрощенная структурная схема балансного реле типа БР-3

с защитной атмосферой. Печь трехфазная и подсоединяется к печи через предо­хранители FU. Включение и выключение нагревательных элементов ос.уще- ствляется с помощью контактора. Стабилизация температуры обеспечивается системой автоматического регулирования (САР).

Схема управления состоит из 13 цепей. По функциональному признаку их можно разделить на цепи управления, цепи защиты и информационные цепи. Управление осуществляется: температурой в рабочем пространстве печи (авто­матическое и ручное в случае выхода САР из строя); подачей защитной атмосферы в печь; подачей газовой завесы. Информационные цепи служат для оповещения обслуживающего персонала о различных режимах работы печи с помощью све­товых и звуковых сигналов.

В печи имеется одна зона. Регулирование температуры осуществляется с помощью САР, состоящей из термопары, компенсационных проводов, потен­циометра ПСР (потенциометр самопишущий, регулирующий), промежуточных реле КА1 и КА2, контактора КМ и, наконец, самой печи СНЗ-4,0.8,2.6/10. Потенциометр ПСР связан со схемой управления с помощью цепей 1, 2 к 3. Цепь 1 служит для питания самого прибора ПСР. Цепи 2 и 3 содержат минималь­ный (min) и нормальный (norm) контакты терморегулятора ПСР. Максимальный контакт (max) ПСР в схеме не использован. В цепях 2 и 3 формируется управ­ляющий сигнал, который с помощью промежуточных реле КА! и КА2 усиливается до значения, необходимого для приведения в действие катушки исполнительного элемента (контактор КМ). Таким образом, KAI и КА2 играют роль усилителей сигнала по мощности.

В цепях 3 к 4 имеются контакты универсального переключателя, рассчитан­ного на три положения: автоматическое (А), выключено (0) и ручное (Р). Каждое из этих положений соответствует определенному режиму работы печи: автомати­ческое управление температурой в печи; печь выключена; ручное управление температурой (только при наладке режимов или в случае выхода САР из строя). С помрщью цепи 4 включается контактор и, следовательно, сами нагревательные элементы печи. Контактор может включиться только в том случае, если дверца печи будет закрыта. Последнее обеспечивается введением в цепь 4 путевого вы­ключателя SQ1, выключающегося при открытии дверцы печи. Непосредственное включение катушки контактора, а следовательно, и его контактов осуществляется следующим образом: при автоматическом управлении — контактами промежу­точных реле К.А1 и К.А2-, при ручном управлении — только с помощью контактов КА2.1.

Катушка КА1 включается только тогда, когда температура в печи достигает минимального значения. Катушка К.А2 подсоединена к контакту, соответствую­щему нормальной температуре в печи. Следовательно, нагревательные элементы печи остаются включенными и в том случае, когда температура печи станет рав­ной заданной. Нагреватели отключаются от сети только тогда, когда темпера­тура в печи станет больше нормы. Так составлены цепи, управляющие стабили­зацией температуры в печи. О том, включена печь или выключена в данный мо­мент, нас информируют две сигнальные лампы: L1 и L2. При включенных нагре­вательных элементах горит сигнальная лампа L1, а при выключенных — лампа L2. Это достигается включением в цепи 5 и б контактов контактора КМ. Рези­сторы R в цепях 5 и 6 необходимы для понижения напряжения на сигнальных лампах с 220 В до рабочего (резисторы в цепях ламп играют роль нагрузочных сопротивлений). Цепи 7, 8 и 11 предназначены для управления подачей защитной атмосферы и газовой завесы.

В схеме имеются электромагнитные краны М1 и М2 соответственно подачи защитной атмосферы и подачи газа для создаиня газовой завесы в печи.

Как видно из структуры цепи 7, подать в печь защитную атмосферу можно только в том случае, если температура в печи ие снизилась до минимальной (при включении КА1 цепь 7 размыкается контактом КА1.2). Эта система является системой защиты от взрыва. Управление подачей газа в печь осуществляется вручную с помощью кнопок SB1 и SB2. Реле К A3 введено для размножения кон­тактов, так как Ml не имеет блокировочных контактов.

При включении Ml (а также К A3) одновременно загорается сигнальная лампа L3, оповещающая обслуживающий персонал о том, что газовый кран от­крыт. Выключение газа (с помощью кнопки SB1) сопровождается выключением и L3\ при этом загорается другая сигнальная лампа — L4, которая информирует о том, что кран закрыт.

Цепи 12 и 13 информационные. С помощью пакетного переключателя Si42 можно включить сирену В А, оповещающую обслуживающий персонал о сниже­нии температуры в печи до минимального значения, что является признаком какой-то неполадки (нагреватели должны были включиться еще при нормальной температуре). Таким образом, минимальный контакт min ПСР используется в этой схеме не только как датчик для стабилизации температуры в рабочем простран­стве печи, ио и как датчик в системе автоматического оповещения и защиты. Система автоматического оповещения может быть выключена переводом переклю­чателя во второе положение (цепь 13). Лампа L5 сигнализирует о том, что система автоматического оповещения отключена.

В трехпозиционном регуляторе регулирующий орган имеет третье положение, в котором при значении регулируемой вели­чины, равном заданному, в объект подается такое количество энергии и вещества, которое требуется для нормальной его ра­боты. Схема трех позиционного регулирования может быть поду­чена путем некоторого преобразования рассмотренной схемы двухпозиционного регулирования (см. рис. 136), если с помощью контактов SQ1 и SQ2 управлять тремя промежуточными реле. При замыкании контакта SQ1 включается реле К1, при замыкании SQ2 срабатывает реле К2. Если оба контакта SQ1 и SQ2 разомкнуты, то срабатывает реле КЗ. С помощью этих трех реле нагревательные элементы можно включить треугольником, звездой или выключать их, т. е. осуществлять трехпозидионное регулирование температуры.

' Для создания систем автоматического регулирования, реали­зующих пропорциональный закон регулирования, часто исполь­зуют балансное реле типа БР-3. В этом реле применяются два реохорда. Значение регулируемой величины определяет положе­ние движка одного реохорда (датчик), а степень открытия регу­лирующего органа — положение движка реохорда исполнитель­ного механизма (обратная связь).

Задача балансного реле — оказание такого воздействия на исполнительный механизм, при котором положения движков двух реохордов были бы симметричными.

В схеме балансного реле БР-3 (рис. 138) главными элементами являются поляризованное реле РП-5 и выходные реле ВР1 и ВР2. Пока положения движков симметричны, силы тока, проте­кающего в двух обмотках поляризованного реле, равны и, сле­довательно, контакты его разомкнуты. Выходные реле ВР1 и ВР2 обесточены, и их исполнительные контакты разомкнуты. При отклонении регулируемой величины (например, при увеличении) изменяется положение движка реохорда датчика. В результате симметричность моста и равновесие сил тока, протекающего через обмотки поляризованного реле нарушаются, и соответствующий контакт замыкается. При этом срабатывает выходное реле, кон­такты которого включают исполнительный механизм, перемеща­ющий регулирующий орган в сторону уменьшения регулируемой величины. Одновременно перемещается движок реохорда обрат­ной связи. Исполнительный механизм работает до тех пор, пока движок реохорда обратной связи не займет положение движка реохорда датчика, после чего опять наступает равновесие. Кон­такты реле размыкаются, а исполнительный механизм останавли­вается. Так обеспечивается постоянная связь между значением регулируемой величины и положением регулирующего органа.

Для создания систем автоматического регулирования, реали­зующие И-, ПИ- и другие законы, применяют различные электрон­ные регуляторы, к числу которых относятся регуляторы типов ИРМ-240, ВРТ-2, ЭПП-17 и т. д.

Электронные регуляторы типа ИРМ-240 предназначены для пропорционально-интегрального регулирования с любыми изме­рительными приборами, оснащенными реостатными задатчиками с зоной пропорциональности 10 или 20 %. Они работают совместно с исполнительными механизмами с постоянной частотой вращения.

В качестве примера рассмотрим схемы регулирования (рис. 139) темпера­туры в рабочем пространстве топливной печи. Эта схема работает следующим образом. Помещенный в рабочем пространстве печи термоэлектрический термо­метр 6 вырабатывает сигнал, пропорциональный температуре. Этот сигнал по­ступает на вход автоматического потенциометра 5, откуда он передается на изо- дромный регулятор 3. Одновременно на ход регулятора подается сигнал от за­датчика 4. От изодромного регулятора сигнал поступает в усилитель 18, где он

15

Рис. 139. Схема регулирования температуры и соотношения газа и воздуха топливной печи

усиливается по мощности и напряжению до значения, необходимого для изме­нения положения заслонки 7, расположенной на газопроводе. Регулятор не­прерывно изменяет подачу топлива таким образом, чтобы температура в печи оставалась постоянной. Универсальный переключатель 1 имеет два положения: автоматическое и ручное. При ручном управлении используются кнопки 2.

Так как при регулировании температуры изменяется расход газа, то для экономического сжигания топлива приходится изменять и расход воздуха, т. е. поддерживвть заданное соотношение расхода газа и воздуха.

Вследствие изменения положения заслонки 7 в газопроводе изменяется перепад давления газа на диафрагме 9, что фиксируется чувствительными эле­ментами дифманометра 10. В днфманометре перепад давления преобразуется в электрический сигнал, который подается в усилитель 12 и на измерительный прибор И, оснащенный интегрирующей (суммирующей) приставкой для подсчета израсходоаанного количества газа. С выхода усилителя сигнал поступает на вход регулятора 13 соотношения газа и воздуха, который через усилитель 17 управ­ляет положением заслонки 20, установленной на воздухопроводе. Прн измене­нии расхода воздуха изменяется также перепад давления на диафрагме 8, что фиксируется дифманометром 19. Выходной сигнал дифманометра усиливается усилителем 16 и подается на вход регулятора соотношения газа и воздуха.

Для переключения режимов управления (автоматический или ручной) служит универсальный переключатель 15. При ручном режиме управление осу­ществляют с помощью кнопок 14.

Изодромные электрические регуляторы используются также в термических цехах в автоматических системах стабилизации атмосферы электрических печей.

Рассмотрим упрощенную структурную схему автоматического регулирова­ния. углеродного потенциала (цементизации) по точке росы (рис. 140, а). Точка росы — это температура, до которой необходимо охладить влажный газ, чтобы пары воды начали конденсироваться, т. е. точка росы является мерой влажности газа.

В схеме используется первичный преобразователь для косвенного регулиро­вания углеродного потенциала, описание которого приведено в гл. 10. Стабили­зация состава атмосферы печи осуществляется изменением расхода корректи рующего газа.

Газ от генератора поступает к печи по трубопроводу 7. На его пути часть газа отбирается и с помощью насоса 6 через фильтр 5 и регулятор расхода 4 подается в специальную камеру 3, где расположен первичный преобразователь 1. Камера снабжена фреоновым холодильником 2 и трубкой для отвода отработан­ной пробы в свечу. Преобразователь 1 соединен с электрическим изодромным

К печи / От генератора

Рис. 140. Структурные схемы регулировки атмосферы печи: а — при цементации; б — при азотировании

регулятором 10. При отклонении точки росы от заданного значения он подает команду на электрический исполнительный механизм 9, который с помощью регулирующего органа 8 изменяет соотношение газ—воздух, поступающий к ге­нератору.

При газовом азотировании (рис. 140, б) аммиак по трубе 4 поступает в гер­метически закрытый муфель печи. Печь снабжена отводной трубкой 3,по которой атмосфера печи непрерыпно подается в специальную камеру 1, где расположен термокондуктометрический газоанализатор 2, настроенный на определенные содержания водорода в газовой смеси. Описание этого прибора приведено в гл. 10. Газоанализатор 2 соединен с электрическим изодромным регулятором 7, который при отклонении содержания водорода от заданного значения подает команду на электрический исполнительный механизм 6 не помощью регулирующего органа 5 изменяет расход аммиака.

В настоящее время широко используется система автоматиче­ского регулирования «Каскад». Эта система предназначена для применения в системах автоматического регулирования различ­ных технологических процессов. Система составляет центральную часть электрической аналоговой ветви Государственной системы приборов (ГСП) и рассчитана на работу с отечественными измери­тельными приборами с дифференцированным выходным сигна­лом постоянного тока 0 ... 5 мА и 0 ... 20 мА и электрическими однооборотными исполнительными механизмами. Особенностями системы является блочно-модульное исполнение, использование современных высоконадежных элементов, малые габаритные раз­меры и расширенные функциональные возможности.

Для высокоточного регулирования температуры серийно вы­пускается регулятор ВРТ-2 с диапазоном регулирования ±0,5 "С. В качестве измерительных элементов в этом регуляторе исполь­зуются термоэлектрические термометры типов ПР и ПП. Регулятор состоит из измерительного блока и регулирующего прибора типа Р-111.

Программные и следящие регуляторы создаются путем сочле­нения стабилизирующего регулятора с программным или следя­щим задающим устройством.

Наиболее распространенная конструкция программных регу­ляторов приборного типа (например, ЭПП-17) предусматривает кинематическую связь положения задатчика с радиусом кулачка, вращаемого синхронным двигателем привода диаграммы.

Характерным представителем современных электронных про­граммных регуляторов аппаратного типа является регулирующее устройство типа РУ5, у которого носителем программы является диаграммная лента с нанесенной на ней кривой.

Программные устройства РУБ выпускаются в двух модифика­циях: для позиционного регулирования (РУ5-01М) и для П- и ПИ-регулирования (РУК-02М), предназначенные для работы в комплекте с регуляторами, например, РУ4-06, РУ4-15, РУ4-16А.

Программные регуляторы РУ5-01М и РУ4-02М комплек­туются электронными измерительными приборами, имеющими дополнительный реостатный датчик со 100 %-ной зоной пропор­циональности.

Погрешность программных устройств РУ5-01М и РУ5-02М не более 0,5 % от длины шкалы; порог чувствительности следящей системы составляет 0,2 % от длины шкалы.

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ КОСВЕННОГО'

ДЕЙСТВИЯ

При автоматизации технологических процессов, свя­занных с применением регулирующих органов, требующих для приведения их в движение больших усилий, особенно при посту­пательном движении, целесообразно использовать гидравлические исполнительные механизмы. В этой связи созданы различные ком бинированные электронно-гидравлические регуляторы, в которых точность и компактность электрических измерительных и команд­ных устройств сочетается с преимуществами гидравлических ис­полнительных элементов.

Электронно-гидравлическая система автоматического регули­рования «Кристалл», получившая довольно большое распростра­нение, представляет собой комплекс приборов и устройств, с по­мощью которых могут быть осуществлены регуляторы различной структуры, эта система предназначена для автоматизации тепло­технических процессов энергетического оборудования средней и малой мощности.

Рассмотрим принцип работы электронно-гидравлического ре­гулятора (рис. 141). Первичные преобразователи / (не более трех) измеряют регулируемую величину и преобразуют ее в сиг­налы переменного тока. В транзисторном усилителе 2 эти сигналы суммируются между собой и с сигналом задатчика 3, усиливаются и подаются на обмотки электрогидравлического реле 5, управ­ляющего гидравлическим исполнительным механизмом 6. Уст­ройство обратной связи 7 преобразует перемещение вала испол­нительного механизма в электрический сигнал, который подается

Рис. 141. Структурная схема электронйо-гидравли- ческого регулятора системы «Кристалл»

Рис. 142. Схема гидравлического струйного регуля­тора

на вход усилителя. Дистанционное управление осуществляется с помощью блока 4 с пульта 8.

В комплекте с электронно-гидравлическим регулятором при­меняются первичные преобразователи: дифференциальные тяго- меты, электрические манометры, термометры сопротивления и термоэлектрические термометры. В системе регулирования «Кри­сталл» могут быть реализованы И-, П- и ПИ-законы регулирова­ния. Эти регуляторы позволяют регулировать температуру, дав­ление, расход или уровень, тягу или напор, соотношение «топ­ливо (газ)—воздух» и другие параметры.

Наряду с рассмотренными электрогидравлическими регуля­торами находят применение также и гидравлические струйные регуляторы. Их используют для регулирования давления, расхода и уровня.

Ниже в качестве примера рассмотрено устройство гидравличе­ского струйного регулятора давления (рис. 142). Мембранный измерительный элемент 1 соединяется с объектом регулирования (воздухо- или газопроводом) 3 с помощью трубки 2. Входной величиной измерительного элемента является давление, а выход­ной — перемещение потока. В качестве усилительного преобра­зующего элемента используется струйная трубка 6, вспомогатель­ная энергия к которой подводится от маслонапорной установки 8. Струйная трубка преобразует поступательное движение штока в кинетическую энергию движущейся масляной струи. Энергия струи в несколько раз больше, чем энергия перемещающегося штока. Исполнительное устройство состоит из исполнительного механизма (гидроцилиндра) 5 и регулирующего органа (поворот­ной заслонки) 4.

Регулятор работает следующим образом. При снижении дав­ления газа в трубе 3 мембрана измерительного элемента 1 пере­мещается влево. Под действием пружинь! настройки 7 струйная трубка 6 переместится влево и заставит перемещаться шток ис­полнительного механизма 5 вверх, что приведет к открыванию заслонки 4. Приток газа или воздуха увеличится, а давление повысится.

Промышленность выпускает унифицированные узлы для агрега­тного комплектования гидравлических струйных регуляторов типа РАГС (регулятор автоматический гидравлический струйный) и регуляторов типа КИП для воздуходувных установок.

Чувствительные элементы таких регуляторов предназначены для восприятия давления, разрежения или перепада давления контролируемой среды и преобразования их в усилия, передавае­мые системой рычагов на струйную трубку гидравлического уси­лителя.

Струйные регуляторы РАГС используют для автоматического поддержания постоянного давления (разрежения) газа или жидко­сти в диапазоне 0 ... 10 МПа, а также постоянного расхода жидко­сти или газа и постоянного соотношения давлений или расхода двух жидкостей или газов.

Регуляторы давления КИП для воздуходувных установок при­меняются в общей схеме регулирования для защиты их от помпажа и создания постоянства давления в нагнетательном трубопроводе. Верхний предел регулирования 4,5 МПа. Зона нечувствитель­ности 60 ... 1500 Па.

4. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ КОСВЕННОГО

ДЕЙСТВИЯ

В пневматических регуляторах взаимодействие между отдельными элементами и воздействие на регулирующий орган осуществляются с помощью сжатого воздуха.

Основным элементом пневматических регуляторов является устройство типа сопло—заслонка, в котором механическое пере­мещение чувствительного элемента преобразуется в сигнал сжа­того воздуха.

В качестве примера рассмотрим работу пневматического регу­лятора давления РД, предназначенного для поддержания задан­ного давления неагрессивных паров или газов.

Регулируемое давление (рис. 143) подводится к манометриче­ской пружине 4. К свободному концу пружины присоединена за­слонка 6, которая опирается на подвижный упор 3 и под дей­ствием пружины 2 стремится прикрыть сопло 7. К последнему по линии питания через постоянный дроссель 1 подводится сжатый воздух. Проходное сечение дросселя 1 меньше проходного сече­ния сопла 7, поэтому перемещение заслонки относительно сопла при изменениях регулируемого давления вызывает изменение выходного давления в командной линии регулятора. Таким обра­зом, систему сопло—заслонка можно рассматривать как дроссель переменного сечения. Следовательно, изменяя положение за­слонки, можно регулировать давление сжатого воздуха, посту­пающего на исполнительный механизм.

Питание

Регулируемое давление

Выходное

давление

Рис. 143. Схема регулятора давле­ния типа РД

Рис. 144. Исполнительные дросселирую­щие устройства типа сопло—заслонка: а — золотник; б — игла; е — шарик

Изменение регулируемого давления приводит к перемещению свободного конца манометрической пружины и соответственно заслонки относительно сопла, вследствие чего меняется выходное давление регулятора. На исполнительный механизм оказывается регулирующее воздействие, и регулируемое давление приводится к заданному значению. Регулятор настраивается на заданное значение регулируемой величины задатчиком 5, с помощью кото­рого можно поворачивать плату 9 с заслонкой 6 вокруг оси 8. Настройка степени неравномерности в диапазоне 5 ... 50 % осу­ществляется передвижением упора 8.

Регулятор РД может быть настроен на прямое и обратное дей­ствие. В первом случае при повышении регулируемого давления давление командного сигнала (сжатого воздуха) возрастает от 0 до 100 кПа; при установке на обратное действие увеличение регу­лируемого давления вызывает понижение командного давления от 100 кПа до 0.

Пределы регулирования давления регуляторов РД в зависи­мости от типа изменяются от 100 кПа до 2,4 МПа. Давление сжа­того воздуха, подводимого к регулятору, должно быть в преде­лах 127 ... 147 кПа.

В пневматических регуляторах, помимо описанного, приме­няются и другие исполнения устройств типа сопло—заслонка: дросселирующий золотник (рис. 144, а), дросселирующая игла (рис. 144, б) и дросселирующий шарик (рис. 144, е).

Учитывая большое сходство в конструкциях различных пнев­матических регуляторов, ограничимся рассмотрением только ре­гулятора типа 04. Этот регулятор может встраиваться в компен­сационные измерительные приборы, образуя системы регулирова­ния температуры, давления, расхода и других параметров. По характеру регулирующего воздействия регулятор 04 является пропорционально-интегральным и осуществляет регулирование с изодромной обратной связью.

Регулируемое давление подводится к манометрической пру­жине 4 (рис. 145), которая раскручивается или скручивается при его изменении. Деформация пружины с помощью системы рычагов вызывает перемещение заслонки 7 относительно сопла 6, К соплу через дроссель 8 не­прерывно подается сжатый воздух по трубке 9. Так как проходное сечение трубки в несколько раз больше сечения дросселя, то перемещение заслонки вызывает изменение давления воздуха, по­ступающего в камеру пневмати­ческого реле 14. Мембранная ко­робка 15 этого реле через шток 13 перемещает золотник 12, дроссе­лирующий поток воздуха через сопла 11 и 10.

Если сопло 6 полностью от­крыто, то давление под мембраной равно атмосферному и золотник 12 прикрывает собой сопло 10. Одновременно через выпускное сопло 11 золотник соединяет с атмосферой идущую к исполнительному механизму командную линию, отчего давление под мембраной исполнительного меха­низма снижается до атмосферного и клапан занимает крайнее положение, например закрывается. Если сопло 6 полностью пере­крыто заслонкой, то золотник закрывает сопло И и открывает сопло 10, через которое воздух подается в командную линию 1. Давление над мембраной клапана повышается, и он занимает второе крайнее положение. При промежуточных положениях заслонки клапан занимает промежуточное положение.

Устройство обратной связи состоит из двух пар сильфонов 2, помещенных в камеры А и Б. Пространство между внутренними и наружными сильфонами заполнено толуолом. Внутренние силь- фоны соединены штоком 5, а жидкостные полости сообщаются по трубке с игольчатым вентилем 3.

При пропорционально-интегральном регулировании игольчатый вентиль 3 открыт, т. е. сообщаются жидкостные полости силь­фонов. Скорость перетекания жидкости из полости в полость за­висит от степени открытия вентиля и от разности давления в ка­мерах А и Б. Когда рассогласования нет и значение регулируемой величины равно заданному, давления жидкости в полостях А и Б равны.

Если давление в командной линии начнет увеличиваться, то механизм обратной связи отодвинет заслонку 7 от сопла 6. По­скольку давление в полости А больше давления в полости Б, то жидкость начнет перетекать через игольчатый вентиль 3 из по­лости А в полость Б, шток будет перемещаться влево и посте­пенно давление в обеих полостях выравняется. Но при этом заслонка опять приблизится к соплу, и командное давление увеличится, в результате чего регулирующий орган переместится и займет новое положение, обеспечивающее нормальное течени процесса при изменившихся условиях. Это значит, что исполни тельный механизм при значении регулируемой величины, равно> заданному, займет новое положение, при котором регулирующе воздействие компенсирует внешнее возмущение.

Такая обратная связь, при которой устраняется статическа] неравномерность, называется изодромной.

Регулятор типа 04 дает на выходе пневматический сигна. давлением 0 ... 100 кПа. Для питания регулятора используете) подаваемый через фильтр очищенный сжатый воздух давле нием 140 кПа.

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕГУЛЯТОРОВ

Основными автоматическими регуляторами, применяв мыми в литейных и термических цехах, являются электрически регуляторы, поэтому общим требованием безопасности их экс плуатации является отключение питающих электрических цепей а также обеспечение каждого электрического регулятора средство! самостоятельной защиты при коротком замыкании или замыкани] на корпус.

Пневматические и гидравлические регуляторы давлени) должны быть оборудованы взрывными (предохранительными клапанами. Эти клапаны должны безотказно открываться пр! заданном давлении, обладать необходимой пропускной спосоС ностью и минимальным временем срабатывания и автоматичесю закрываться после окончания процесса сброса. Давление срабаты вания взрывного клапана не должно превышать рабочее давлени в 1,5 раза.

Все регуляторы должны также обеспечивать при отключени энергии, потребляемой исполнительными механизмами, или пр отказах автоматики перестроение регулирующих органов в поде жение, обеспечивающее безопасность работы объекта регулировг ния. Регулирующий орган в зависимости от конструктивног исполнения и вида регулируемого процесса в случае авари должен полностью открываться и фиксироваться в том же поле жении.

При эксплуатации автоматических регуляторов должны вь полняться общие требования ГОСТ 12.1004—76, регулирующей¹ условия взрывобезопасности и пожарной безопасности.

Контрольные вопросы а задания

1. Как устроен и работает регулятор типа РТД?

2. Как устроен и работает регулятор типа РП?

3. Какие регуляторы называются двухпозициоиными?

4. Расскажите о различиях трехпозиционных и двухпозиционных регуля­торах.

5. Как устроен и работает электрический регулятор иа базе поляризован­ного реле БР-3?

6. Каким образом осуществляется регулирование технологического про­цесса при помощи регулятора ИРМ-240?

7. Расскажите о назначении электронных регуляторов.

8. Опишите принцип работы и устройство программного регулято­ра РУБ.

9. Опишите принцип работы гидравлических струйных' регуляторов.

10. Как устроен и работает пневматический регулятор РД?

11. Как устроен и работает пневматический регулятор типа 04?