книги из ГПНТБ / Чижов, А. А. Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности учебник

Рис. 152. Регулятор температуры прямого действия РПД.

лятор включает термометрическую систему и клапан. Термомет­ рическая система состоит из термобаллона 1, частично заполнен­ ного низкокипящей жидкостью, капилляра 2 и сильфона 3.

Регулятор РПД работает следующим образом. При погруже­ нии термобаллона в рабочую среду в термосистеме устанавлива­ ется соответствующее температуре среды давление насыщенного пара рабочей жидкости, которое по капилляру передается к силь­ фону, в котором развивается усилие, пропорциональное его эф­ фективной площади. Это усилие уравновешивается усилием, раз­ виваемым пружиной 6. При отклонении температуры от задан­ ного значения это равновесие нарушается и сильфон, преодоле­ вая сопротивление пружины, сжимается или растягивается. В результате золотник 5 регулирующего клапана 4 перемещается и изменяет количество протекающего через клапан нагреваю­ щего или охлаждающего вещества.

202

В регуляторе РПД чувствительным элементом является тер­ мометрическая система, измерительным органом и исполнитель­ ным механизмом — сильфон, а задатчиком — пружина. Регуля­ торы РПД выполняются прямого или обратного действия. При регулировании греющей среды применяется регулятор с прямым клапаном, а при регулировании охлаждающей среды — регуля­ тор с обратным клапаном. Они имеют диапазон настройки тем­ пературы от 30 до 110° С с интервалом в 10° С.

Для регулирования температуры применяются также регуля­ торы прямого действия РПДП, РТПД с паровой термосистемой, РПДЖ с жидкостной термосистемой и др. Принцип действия их аналогичен рассмотренному выше.

Регуляторы типа РПД широко применяются в пищевой про­ мышленности (например, при регулировании температуры воды, поступающей в солерастворитель при автоматизации процесса приготовления раствора соли на хлебозаводах и др.).

Регулятор давления. К регуляторам прямого действия отно­ сятся клапаны, регулирующие давление «после себя» (типы 25 ч Юнж) и «до себя» (типа 25ч12нж,, РД, РДУК-2 и др.). В ре­ гуляторе «после себя» импульс давления берется после регулиру­ ющего клапана. Эти регуляторы служат для поддержания по­ стоянного давления среды за регулирующим клапаном. В регу­ ляторе «до себя» импульс давления берется до клапана регуля­ тора, где и поддерживается постоянное давление.

На рис. 153 изображен регулятор давления прямого действия 21 ч 12нж. При увеличении регулируемого давления последнее по импульсной трубке через штуцер 6 и мембрану 1 воздействует на шток 3, преодолевает усилие груза 2 и опускает золотник 4, уве­ личивая тем самым проходное сечение клапана 5. Если давление уменьшается, то золотник под действием груза перемещается вверх. В этом регуляторе чувствительным элементом является мембрана, задатчиком — груз на рычаге, исполнительным меха­ низмом— шток с золотником. Масса груза определяет диапазон настройки регулятора. Дополнительный груз 7 может переме­ щаться по рычагу II служит для настройки регулятора на требу­ емое давление.

Регулятор применяется для работы с паром, воздухом, газом при давлении 1,56 МПа и температуре до 300° С. Пределы регу­ лируемых давлений 0,015—1,17 МПа. Диаметр условного про­ хода клапана (в мм): 50, 80, 100, 150. Регуляторы давления применяются, например, на масложиркомбинатах для регулиро­ вания давления пара, подогревающего бензин при подаче в экст­

ракторы.

Регуляторы уровня. Регуляторы уровня прямого действияпредназначены для автоматического регулирования уровня жид­ кости в чанах, резервуарах и других емкостях.

На рис. 154 изображен регулятор уровня РУ-16. Регулятор работает следующим образом. Под действием жидкости, подво-

203

1 6

Рис. 153. Регулятор давления прямого действия 21ч12нж.

Направление

Рис. 154. Регулятор уровня прямого действия РУ -16.

димой к резервуару по трубопроводу, поршень 1 и золотник 2 клапана 5 поднимаются. Жидкость через отверстия, образован­ ные в результате подъема золотника, поступает в резервуар. Че­ рез отверстие 6 в поршне протекает небольшое количество жид­ кости, которая поступает через головку 3 в резервуар. Как толь­ ко уровень достигает заданного значения, поплавок перекроет пробкой 4 отверстие в головке, давление над поршнем и под ним выравнивается и поршень под действием своей массы опускает­ ся вниз, перекрывая золотником отверстие клапана. Доступ жид­ кости в «резервуар прекращается. Полное закрытие и открытие клапана происходит при изменении уровня жидкости на 100 мм.

В регуляторе РУ-16 чувствительным элементом является по­ плавок, регулирующим органом — пробка 4, исполнительным ме­ ханизмом — поршень с золотником.

Регулятор уровня РУ-16 применяется, например, при регули­ ровании уровня жидкости на хлебозаводах. Регуляторы прямого действия нашли широкое применение в схемах автоматизации различных технологических процессов в пищевой промышленнос­ ти. Они применяются в тех технологических процессах, при регу­ лировании которых регулируемый параметр поддерживается около заданного значения с невысокой точностью. В тех процес­ сах, где требуется значительная точность при поддержании регу­ лируемой величины около заданного значения, применяются ре­ гуляторы • непрямого действия, которые подробно рассматрива­ ются в последующих параграфах.

§2. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И СИСТЕМЫ

Кавтоматическим регуляторам производственных процессов предъявляются разнообразные требования. Основными из них являются: простота устройства, надежность в работе, возмож­ ность получения простыми конструктивными средствами слож­ ных характеристик действия, пожаро- и взрывобезопасность. Этим требованиям отвечают пневматические регуляторы, получившие

впищевой промышленности достаточно широкое распространение. Пневматические регуляторы применяются для регулирования

давления, расхода, температуры, уровня и других величин. Ра­ бочей средой пневматических регуляторов является очищенный воздух давлением 19,6—98 кПа.

ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМ А РЕГУЛЯТОРОВ ТИПА 04

Пневматические регуляторы типа 04 являются регуляторами приборного типа. Они одновременно выполняют функции измери­ тельных приборов и автоматических регуляторов. В их корпусе размещаются измерительная и регулирующая система с показы­ вающими и записывающими механическим и ручным задатчи­ ками.

205

Рис. 155. Схема регулирующего устройства 04, встроенного в са­ мопишущий манометр.

Количество модификаций измерительных приборов с регули­ рующим устройством 04 достаточно велико и они могут приме­ няться для регулирования различных технологических парамет­ ров. Так, для контроля и регулирования вакуума используются приборы 04-ВСС-410, 04-ВСС-610, 04-BCG-630M; давления — ма­ нометры сильфонные 04-МСС-610, 04-МСС-430М, 04-МСС-630М; температуры — термометры манометрические 04-ТСГ-610, элект­ ронные мосты ЭМД модели 4806 и др.

Принципиальная схема регулирующего устройства 04, встро­ енного в самопишущий манометр, показана на рис. 155. При из­

206

менении регулируемого давления пружина 1 раскручивается или закручивается, что вызывает поворот оси 3 и связанного с нею рычага 4 через поводок 2. Движение рычага 4 через тягу 5 и ры­ чаг 6 передается стрелке 7 с пером и через рычаг 8 и суммирую­ щий рычаг 9— тяге 10. Стрелка 7 непрерывно записывает на ди­ аграмме текущее значение регулируемой величины. Перемеще­ ние тяги 10 вызывает поворот трехплечего рычага 11\ при этом перемещается в ту или иную сторону укрепленный на его сред­ нем плече штифт 12. Вместе со штифтом 12 перемещается при­ жатая к нему пружиной 13 дроссельная заслонка 14.

Присоединением тяги 10 к левому или правому плечу рычага 11 можно менять знак зависимости между чувствительным эле­ ментом и выходным сигналом регулирующего устройства. На рис. 155 тяга 10 подключена к правому плечу рычага 11 и поэто­ му повышение регулируемой величины вызывает увеличение за­ зора между заслонкой 14 и соплом 15, что приводит к пропорци­ ональному уменьшению давления воздуха на выходе регулирую­ щего устройства. Если тягу 10 присоединить к левому плечу ры­ чага 11, то возрастание регулируемой величины будет вызывать уменьшение зазора между заслонкой и соплом и соответственно увеличение давления воздуха на выходе регулируемого устрой­ ства.

Пневмопреобразователь регулятора реагирует на разность между текущими значениями регулируемой величины и ее зада­ нием, т. е. на величину рассогласования. Для получения сигнала рассогласования регулирующее устройство имеет ручной задат­ чик, который состоит из головки 16 с системой рычагов и стре­ лок 17, указывающей на диаграмме заданное значение регулиру­ емой величины. Стрелки 17 через рычаг 18 соединены шарнирно с суммирующим рычагом 9 и тягой 10. Мостики обеих стрелок шарнирно связаны друг с другом системой рычагов 8, 18 и 9 так, что перемещение одной из этих стрелок не влияет на положение другой.

Точка закрепления тяги 10 на рычаге 9 совпадает с осью стре­ лок 7 и 17, поэтому перемещение тяги 10 будет происходить толь­ ко при наличии рассогласования между этими стрелками. При перемещении стрелок в совмещенном положении в любую часть шкалы тяга 10 остается неподвижной и на входе пневмопреобра­ зователя не произойдет никакого изменения давления. Сигнал рассогласования поступает на дроссельную заслонку 14 от сум­ мирующего рычага 9 через тягу 10 и рычаг 11. Этот сигнал явля­ ется входным сигналом пневматической части регулирующего

устройства 04.

Рассмотрим работу пневматической части регулирующего устройства без учета механизма изодрома, т. е. при закрытом дросселе 19. Допустим, что регулируемая величина стала мень­ ше заданного значения. Тогда произойдет уменьшение зазора между соплом 15 и дроссельной заслонкой 14, что вызо­

207

вет увеличение давления воздуха в линии перед соплом и в коробке 24 усилителя мощности выходного сигнала. Коробка 24 через постоянный дроссель 25 связана с линией питания. Повы­ шение давления в коробке вызовет сжатие сильфона 26 и переме­ щение вниз клапана 27, в результате чего сопло 28 (подводящее сжатый воздух из линии питания в камеру 29) откроется, а соп­ ло 30, сообщающее камеру 29 с атмосферой, закроется, что вы­ зовет повышение давления воздуха в камере 29, а также на вы­ ходе усилителя и в левой коробке изодрома над сильфоном 20. Повышение давления воздуха на выходе усилителя вызовет сжа­ тие сильфонов 20 и 21 и перемещение вправо штока 31. Сильфо­ ны 22 и 23 при этом растянутся, пружина 32 сожмется, компен­ сируя усилие, возникшее в сильфоне 20.

Перемещение штока 31 через штифт 33 передается ведущему рычагу 34 и далее через штифт 35, рычаги 36 и 11 и штифт 12 передается заслонке 14. Пружина 37 устраняет мертвые ходы этой системы передачи. Давление воздуха на выходе регулиру­ ющего устройства будет повышаться до тех пор, пока механизм обратной связи не отодвинет заслонку 14 от сопла 15 в новое равновесное положение. Величина установившегося давления воздуха на выходе регулирующего устройства будет пропорцио­ нальна сигналу рассогласования, умноженному на коэффициент усиления, который обычно выражается величиной диапазона пропорциональности. Диапазон пропорциональности зависит от соотношения плеч рычагов 34 и 36 и может изменяться от 1 до 150% путем изменения положения штифта 35. При необходимости диапазон пропорциональности может быть увеличен до 300 и 600% перестановкой штифта 12 в более низкие отверстия на среднем плече рычага 11.

При повышении регулируемой величины по сравнению с задан­ ным значением зазор между дроссельной заслонкой 14 и соплом 15 увеличивается, что приводит к уменьшению давления возду­ ха в проточной камере пневмопреобразователя и на выходе регу­ лируемого устройства. Работа узла обратной связи при этом про­ исходит в соответствии с вышеизложенной-последовательностью. Таким образом, при закрытом дросселе 19 регулирующее уст­ ройство 04 отрабатывает П-закон регулирования, реализуемый действием узла обратной связи (отрицательная обратная связь). Для осуществления ПИ-закона регулирования регулятор снаб­ жен пневмогидравлическим изодромом. При полностью или час­ тично открытом дросселе 19 левая и правая камеры изодрома А

иБ сообщены друг с другом и жидкость может перетекать из одной камеры в другую.

Скорость перетока зависит от степени открытия дросселя 19

иот разности давлений в камерах А п Б. Если значение регу­ лируемой величины равно заданному значению, то давления жидкости в камерах А и Б одинаковы.

Допустим, что появился сигнал рассогласования, вызываю­

208

щий увеличение давления воздуха на выходе регулирующего уст­ ройства, которое будет продолжаться до тех пор, пока механизм обратной связи не отодвинет заслонку 14 от сопла 15 в новое рав­ новесное положение. Давление жидкости в камере А станет больше давления в камере Б, пружина 38 получит дополнитель­ ное натяжение, а пружина 39 ослабится. В результате неравен­ ства усилий в механизме обратной связи жидкость из камеры А будет перетекать в камеру Б; шток 31 переместится в первона­ чальное положение (влево), что вызовет перемещение заслонки 14 относительно сопла 15 в сторону увеличения давления возду­ ха на выходе регулирующего устройства. Это увеличение будет продолжаться до тех пор, пока текущее значение регулируемой величины не достигнет заданного. Только в этом случае меха­ низм гибкой обратной связи будет находиться в равновесном положении.

Дроссель 19 принято называть дросселем изодрома. При от­ крытом дросселе 19 вводится в действие положительная обратная связь, в результате чего выключающее действие отрицательной обратной связи на механизм пневмопреобразователя с течением времени исчезает и регулятор 04 отрабатывает ПИ-закон регули­ рования. Для контроля за давлением воздуха питания и в линии подачи к исполнительному механизму служат манометры 40 и 41.

Структурная схема регулятора показана на рис. 156. Из нее видно, что регулятор 04 состоит из пяти динамических звеньев и трех суммирующих устройств. Суммирующее устройство 1СУ представляет собой рычаг 9 (см. рис. 155). Здесь образуется сиг­ нал рассогласования х, равный разности между текущим хвых и заданным хзяд значениями регулируемой величины. Сигнал рас­ согласования через тягу 10 передается суммирующему устройству 2СУ. Суммирующее устройство 2СУ представляет собой трехпле­ чий рычаг 11. Здесь сравниваются входной сигнал х с сигналом узла обратной связи и образуется сигнал рассогласования Х \ .

Рис. 156. Структурная схема регулятора 04.

Сигнал рассогласования Х\ выражается в перемещении дроссель­ ной заслонки 14 относительно сопла 15.

Пневмопреобразователь ПП и усилитель мощности УМ пред­ ставляют собой усилитель с большим коэффициентом усиления

снасыщением. Передаточная функция этого усилителя W (р) =

—Ку, где принимаем Ку—>0°- Выходным сигналом у является давление воздуха на выходе усилителя.

Звено отрицательной обратной связи ООС представляет со­ бой сильфонную камеру А, шток 31 и пружину 32. Выходным

сигналом у\ этого звена является перемещение штока 31. Это звено является безынерционным с передаточной функцией

W{p)=Ky.

Звено положительной обратной связи ПОС представляет со­ бой сильфонные камеры А и Б, дроссель 19, шток 31 и пружины 32,38,39. Выходным сигналом у2 этого звена является перемеще­ ние штока 31, вызванное действием пружин 32, 38, 39. Это звено

(см. рис. 155). Выходным сигналом г/з является результирующее перемещение, поступающее на рычаг 34 к механизму настройки диапазона пропорциональности. Механизм настройки диапазона

ент усиления, величина которого настраивается вручную при на­

ладке регулятора.

На основании структурной схемы можно написать передаточ­ ную функцию регулятора 04

чим

ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ АГРЕГАТНАЯ УНИФИЦИРОВАННАЯ

СИСТЕМ А М АУС

При блочном построении пневматических регуляторов такие элементы, как датчики, задатчики, вторичные измерительные приборы, вычислительные и регулирующие устройства, усилите­

210