Дипломы теплотехников / мой диплом / ЗАПИСКА / 9

Согласно этого метода по кривой разгона объекта регулирования (рисунок 9.2.2) графическим методом определяем с и с, при которых

ординаты временной характеристики составляют м³/ч и м³/ч соответственно, где м³/ч эквивалентно 25 кПа.

По формулам (9.2.1), (9.2.2), (9.2.3) вычисляем динамические параметры:

- время чистого запаздывания

, с (9.2.1)

с;

- постоянная времени объекта

, с (9.2.2)

с;

- коэффициент передачи объекта

(9.2.3)

(кПа)/%.

Передаточная функция объекта регулирования будет иметь вид:

, (кПа)/%.

9.3 Экспериментальное снятие статических характеристик измерительных преобразователей

Статическая характеристика измерительного преобразователя перепада давления представлена на рисунке 9.3.2, которая получена экспериментально [8].

Перед снятием градировочной характеристики был произведен внешний осмотр. При осмотре было установлено, что:

–преобразователь имеет паспорт;

Рисунок 9.3.1 – Схема включения преобразователя с выходным сигналом 0-5 mA при измерении выходного сигнала по миллиамперметру

PI–миллиамперметр, ПР–преобразователь, G–источник питания.

–обеспечена возможность снятия крышки, закрывающей устройство регулировки нуля, клеммы контроля и колодку внешних соединений;

–на преобразователе имеется табличка с маркировкой, соответствующей паспорту или документу его заменяющему;

–резьба на присоединительных элементах не имеет сорванных ниток;

После осмотра выполняем опробование, при котором была проверена работоспособность и герметичность преобразователя, функционирование корректора нуля.

Экспериментальное снятие статической характеристики выполняем по схеме представленной на рисунке 9.3.1, следующим образом: при подачи давления на измерительный преобразователь дожидаемся статического режима и после этого фиксируем значение на миллиамперметре. Экспериментальные значения сведены в таблице 9.3.1.

В качестве измерительного преобразователя выбран комплекс для измерения давления цифровой ИПДЦ (предел допускаемой основной погрешности ±0,05 0,06%, предел измерений от 1 кПа до16 МПа). В качестве миллиамперметра – миллиамперметр постоянного тока по ГОСТ 8711-78 (класс точности 0,1 и 0,2, верхний предел измерения 30 mA).

Передаточная функция измерительного преобразователя будет представлять пропорциональное звено:

mA/кПа.

Таблица 9.3.1–Экспериментальные значения

0	0
5	1
10	2
15	3
20	4
25	5

Рисунок 9.3.2– Статическая характеристика измерительного преобразователя

9.4 Расчет и выбор регулирующего органа

Для регулирования потоков воздуха и газов при малых статических давлениях (примерно до 1000 мм вод. ст.) применяют шиберы и поворотные заслонки. Допустимое статическое давление при их работе зависит от размера проходного сечения и прочности конструкции; чем меньше проходное сечение, тем больше статическое давление может быть принято. Например, некоторые заграничные фирмы применяют однолопастные поворотные заслонки при регулировании жидкости и пара с давлением 40 кг/см² и выше [9].

Шиберы как регулирующие органы имеют меньшее применение по сравнению с поворотными заслонками вследствие значительных усилий, необходимых для их перемещения. Кроме того, очень трудно осуществить надежное уплотнение сальника при поступательном движении штока шибера, что исключает возможность их применения для регулирования агрессивных газов при избыточном давлении в газопроводе. Поворотные заслонки не имеют указанных недостатков: силы трения в осях при вращательном движении незначительны, легко осуществляется уплотнение осей, и перепад давлений, действующий на поворотные лопасти, в значительной степени уравновешивается, а поэтому необходимое усилие для их перестановки гораздо меньше, чем у шиберов.

Для регулирования потоков пара, газа и жидкости при статических давлениях выше 1000 мм вод. ст. применяют клапаны и краны.

Регулирующие краны не имеют широкого применения, и наибольшее распространение как регулирующие органы получили клапаны. Клапаны изготавливаются различных диаметров: от 6 до 400 мм, а иногда и больше. Внутренние диаметры подсоединительных патрубков клапанов соответствуют номинальному размеру стандартных труб.

Расчет дроссельных регулирующих органов (РО) производится при максимальной нагрузке с проверкой обеспечения ими минимального расхода.

Необходимо выбрать и рассчитать регулирующий орган на газовую линию перед парогенератором. Расчет ведется по методике изложенной в [9].

Расчет дроссельных РО производится при максимальной нагрузке с проверкой обеспечения ими минимального расхода по одному из следующих основных вариантов:

- перепад давления в регулируемой системе не задан, начальное давление источника регулируемой среды определяется при расчете;

- перепад давления в регулируемой системе задан, следовательно, заданно начальное давление источника регулируемой среды.

Расчет РО будем вести по второму варианту, в котором размеры и тип РО выбирают из условий погашения в нем всего избыточного давления источника регулируемой среды. В этом варианте могут быть отдельные случаи, когда обеспечение максимального расхода может осуществляться только при частичном прикрытии РО.

Исходные данные:

а) конструктивные размеры трубопровода 426×7 мм;

б) диаметр условного прохода РО D_у=200 мм;

в) максимальный перепад давления на РО Р^’_р.о.мах=1,0 кгс/см²;

г) удельный вес газа _ср=0,74 кг/м³;

д) потеря давления в линии при максимальной нагрузке Р_л.мах=0,44 кгс/см²;

е) максимальный расход газа G_мах=11000 м³/ч;

Решение

1) Для данных условий работы наиболее подходящим регулирующим органом является литая однокрылая поворотная заслонка и с расходной характеристикой [9, приложение 2, рисунок 44].

Наиболее приемлемая форма рабочей расходной характеристики соответствует _л=10 – условный коэффициент сопротивления линии, отнесенный к средней скорости потока газа во входном патрубке РО.

2) Рассчитаем проходное сечение РО по формуле (9.4.1):

, м²; (9.4.1)

где =9,81 м/с²– ускорение свободного падения;

кг/с;

м².

3) Диаметр РО определим по формуле (9.4.2)

, м; (9.4.2)

м.

4) Так как заданный условный и расчетные диаметры не отличаются, тогда форма рабочей расходной характеристики принимаем первоначально выбранной _л=10 ( _р.о.мах=0,7).

5) По формуле (9.4.3) вычисляем потерю давления в РО при максимальной нагрузке и максимальном открытии:

, кгс/м²; (9.4.3)

кгс/м².

6) Необходимое условие выполняется.

7) Определим степень открытия регулирующего органа при максимальной нагрузке:

а) коэффициент сопротивления РО, отнесенный к средней скорости во входном патрубке РО _р.о. найдем по формуле (9.4.4)

, (9.4.4)

.

б) по графику – ( –относительный расход; –угол поворота подвижной части РО, отсчитываемый от крайнего положения, соответствующего минимальному открытию) находим степень открытия = 77⁰ [9, приложение 2, рисунок 44].

На расходной характеристики заслонки (рисунок 9.4.1) выбираем линейный участок и по нему определяем передаточную функцию, которая будет иметь вид:

Рисунок 9.4.1 – Расходная характеристика заслонки в относительных единицах измерения

– степень открытия заслонки.

9.5 Расчет параметров настройки регулятора РТН–газ

Для определения параметров настройки регулятора одноконтурной АСР (рисунок 9.5.1) можно воспользоваться корневым методом параметрического синтеза систем автоматического управления основанный на понятии расширенных амплитудно-фазо-частотных характеристик (РАФЧХ).

РАФЧХ какого-либо звена можно получить подстановкой в передаточную функцию этого звена оператора , тогда расчетные формулы для ПИ-регулятора (9.5.1), (9.5.2) обеспечат получение границы заданной степени колебательности системы [10].

Рисунок 9.5.1–Структурная схема одноконтурной АСР

W_р.с.(Р)–передаточная функция стабилизирующего регулятора, W_об(Р)–передаточная функция объекта регулирования, S(t)–задающее воздействие, y(t)–выходная характеристика, f–возмущающее воздействие.

, (9.5.1)

. (9.5.2)

Порядок применения расчетных формул следующий:

а) задаются величиной m, диапазоном и шагом изменения частоты ;

б) по передаточной функции объекта рассчитываются значения расширенной частотной характеристики объекта и в явном виде определяются параметры настройки регулятора в заданном диапазоне частот;

в) для ПИ-регуляторов расчетные формулы дают в пространстве параметров настройки границу заданного запаса устойчивости;

г) на границе заданного запаса устойчивости определяют значения параметров, минимизирующих принятый критерий качества работы системы.

Для выбора оптимальных настроек широко применяют «косвенные», интегральные критерии качества регулирования, не требующие определения переходного процесса. В основе этого метода лежит интеграл по времени либо от самого процесса, либо от его преобразования. Поэтому они косвенно отражают как отклонение регулируемой величины, так и длительность этого отклонения.

Рассмотренный метод РАФЧХ применим для расчета оптимальных параметров регулятора РТН-газ, полная схема, по каналу задающего воздействия S(t) y(t), которого показана на рисунке 9.5.2.

Передаточная функция эквивалентного объекта будет иметь вид:

, mA, (9.5.3)

где – передаточная функция объекта регулирования, кПа/%УП (п.);

– передаточная функция датчика расхода газа, mA/кПа (п.);

– передаточная функция РО, %УП (п.).

Подставляя численные значения передаточных функций входящих в передаточную эквивалентного объекта и заменяя оператор на .

, mA. (9.5.4)

Требования к качеству переходного процесса:

– степень затухания ;

– первый интегральный критерий (колебательный процесс).

. (9.5.5)

По формулам (9.5.1), (9.5.2) рассчитаем границу заданного запаса устойчивости для данной передаточной функции (9.5.4) в оболочке Mathcad 2001 Professional (приложение Ж), численные значения сведем в таблицу 9.5.1. По этим численным значения в пространстве параметров настройки построим границу заданного запаса устойчивости (рисунок 9.5.2), по которой, используя первый интегральный критерий, определяем оптимальные параметры настройки регулятора:

– коэффициент регулятора: %/mA;

– время изодромы: с.

Передаточная характеристика ПИ-регулятора имеет вид:

, %/mA. (9.5.6)

69