книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

получаемым с помощью электронагревателя, и затем охлаждают во­ дой. Переключение башен с осушки на регенерацию и обратно про­ изводится четырехходовыми кранами обычно вручную. Разработаны также автоматизированные установки для осушки воздуха [Л. 18].

Воздух для питания приборов пневмоавтоматики не должен также содержать масла и механических частиц. Масло попадает

Зоздух от компрессора

во время работы часть масла, смазывающего подвижные детали компрессоров, испаряется и увлекается воздушным потоком. Боль­ шая часть увлеченных паров масла кон­ денсируется и удаляется из воздуха в холодильнике и приемниках. Для окон­ чательного удаления его примесей меж­ ду приемником и силикагелевыми баш­

нями устанавливают маслоотделитель.

Несмотря на все эти меры воз­ дух, используемый для питания пневматических регуляторов, мо­ жет содержать следы влаги и масла, а также механические ча­ стицы: пыль, окалина и т. п. По­ этому непосредственно перед шту­ церами питания пневматических

Редуктор — приборов устанавливают индиви­ давления дуальный или групповой фильтр.

Наибольшее распространение по­ лучили фильтры типа ФВ-2, филь­ трующим элементом в которых служат фетровые про­

кладки.

Для нормальной работы пневматических регуляторов давление питающего воздуха должно быть снижено до

412

Часть четвертая

ГИ Д Р А В Л И Ч Е С К И Е

ИЭ Л Е К Т Р О Г И Д Р А В Л И Ч Е С К И Е РЕГУЛЯТОРЫ

12-1. О С Н О В Н Ы Е О С О Б Е Н Н О С Т И . О Б Л А С Т Ь П Р И М Е Н Е Н И Я

Автоматические гидравлические регуляторы выпускают­ ся в СССР начиная с 30-х гг. для металлургии, химии и других отраслей промышленности. В качестве основ­ ного носителя сигнала для реализации закона регулиро­ вания и в качестве источника вспомогательной энергии используется жидкость под давлением, которая управ­ ляет движением исполнительного механизма. Носителя­ ми сигнала о текущем значении регулируемой величины и сигнала задания в гидравлических регуляторах чаще всего является механическое перемещение или усилие.

Рассмотрим основные особенности существующих се­ рийных гидравлических регуляторов в свете сформули­ рованных во введении требований к универсальным об­ щепромышленным регуляторам:

1. Датчики гидравлических регуляторов достаточно просто измеряют такие параметры, как давление, разре­ жение, уровень, перепад давлений газов и жидкостей. Эти датчики весьма просты. В отличие от датчиков пнев­ матических регуляторов они не имеют встроенных уси­

же форме (усилия или перемещения), что и сигнал с вы­ хода датчика. Изменение сигнала задания часто произ-

414

водится изменением степени сжатия настроечной пру­ жины. Установка сигнала задания, как правило, плав­ ная.

3. При формировании законов регулирования исполь­ зуется тот факт, что характеристики системы усили­ тель— исполнительный механизм в гидравлических ре­ гуляторах близки свойствам интегрирующего звена. Это дает возможность реализовать И-закон регулирования без применения каких-либо корректирующих устройств. Для формирования П- и ПИ-законов используются раз­ личные аналоговые гидравлические и механические кор­ ректирующие устройства. Изменение параметров на­ стройки регуляторов достигается с помощью различных механических элементов (рычагов, тяг) или с помощью гидравлических дросселей.

Относительная сложность создания гидравлических корректирующих устройств затрудняет реализацию ПИ- и ПИД-законов регулирования с широким диапазо­ ном изменения параметров настройки.

4. Мощность гидравлических исполнительных меха­ низмов в несколько раз больше, чем электрических или пневматических при тех же габаритах и массе. Гидрав­ лические исполнительные механизмы имеют высокое быстродействие, определяемое малой инерцией подвиж­ ных частей, и могут осуществлять поступательное дви­ жение без кинематических передач. Скорость перемеще­ ния выходного вала гидравлических исполнительных ме­ ханизмов легко перенастраивается в широких пределах без применения редукторов. Именно использование гид­ равлического привода в рассматриваемых регуляторах обусловливает их основные преимущества по сравнению

сэлектрическими и пневматическими регуляторами.

5.Расстояние между отдельными устройствами, из которых компонуются гидравлические регуляторы, ог­ раниченно. Так, сигнал на выходе датчиков обладает не­ большой мощностью и не может передаваться на рассто­ яние к регулирующему устройству. Эти датчики в гид­

равлических регуляторах должны быть установлены в непосредственной близости к регулирующему устрой­ ству и задатчику. Расстояние между усилителем и испол­ нительным механизмом обычно не превышает 100—150 м по горизонтали и 20—50 м по вертикали.

6. Для питания гидравлических регуляторов необхо­ дим специальный источник рабочей жидкости под дав-

415

к проникновению воздуха в жидкость, что требует тща­ тельной герметизации соединительных линий, а также

сты по конструкции. Их исполнительные механизмы об­ ладают высокой надежностью. Основной причиной отка­ зов этих регуляторов является попадание в рабочую жидкость посторонних твердых частиц. В зависимости от типа усилителя, управляющего исполнительным меха­ низмом, эти регуляторы по-разному ведут себя при ис­ чезновении питания: их исполнительный механизм мо­ жет перемещаться под действием нагрузки со стороны регулирующего органа или оставаться неподвижным.

Указанные особенности гидравлических регуляторов ограничивают их применение в САР промышленных объ­ ектов. Весьма перспективным является совместное ис­ пользование в электрогидравлических регуляторах гид­ равлических и электрических устройств.

В таких регуляторах измерение регулируемой вели­ чины осуществляется электрическими методами, а пере­ мещение регулирующего органа производится с помощью гидравлического исполнительного механизма.

Рассмотрим основные особенности электрогидравли­ ческих регуляторов, сочетающих в себе рассмотренные выше особенности электрических и гидравлических ре­ гуляторов:

1. Электрогидравлические регуляторы используют датчики с электрическим выходом, с помощью которых возможно измерение значительного числа различных ре­ гулируемых величин. Эти датчики имеют стандартные выходные сигналы, благодаря чему возможно их сочле­ нение с различными электрическими регулирующими ус­ тройствами и приборами автоматического контроля.

Задатчики в электрогидравлических регуляторах та­ кие же, как и в электрических регуляторах.

2. Математические операции, необходимые для фор­ мирования законов регулирования, реализуются, как правило, электрическими способами. Для реализации И-закона регулирования, как и в гидравлических регу­ ляторах, корректирующие устройства не требуются. Для

416

формирования П- и ПИ-законов обычно служат раз­ личные обратные связи, охватывающие все устройства, включенные в прямом канале регулятора, или, по крайней мере, только электрические устройства. Форми­ рование Д-составляющей закона регулирования произ­ водится как с помощью корректирующих звеньев, вклю­ ченных параллельно с прямым каналом, либо в цепях обратной связи. Обратные связи, как и в электрических регуляторах, собираются на пассивных РС-элементах. Благодаря электрическим корректирующим устройствам становится возможным реализация ПИ-, ПИД-, ПД-за- конов с широким диапазоном изменения параметров на­ стройки в регуляторах с гидравлическими исполнитель­ ными механизмами.

3. Расстояние между блоками регулятора, связан­ ными электрическими соединительными линиями, прак­ тически не ограничено. В частности, датчики могут быть установлены на значительном расстоянии от регулиру­ ющего блока.

4. Электрогидравлические регуляторы имеют те же особенности, связанные с использованием гидравличе­ ского привода, что и гидравлические регуляторы: высо­ кие энергетические показатели исполнительных меха­ низмов, чувствительность к засорению и проникновению воздуха в жидкость и другие, указанные ранее. Специ­ фическими особенностями электрогидравлических регу­ ляторов является необходимость в двух видах вспомога­ тельной энергии и преобразовании электрических сигна­ лов в гидравлические.

Гидравлические регуляторы строятся по аппаратному принципу; электрогидравлические, подобно электриче­ ским, как по аппаратному, так и по приборному прин­ ципам.

Областью применения гидравлических регуляторов являются объекты, где для управления регулирующим органом требуются значительные усилия и быстродейст­ вие и при этом невелико расстояние между отдельными устройствами регулятора, а одиночные И-, П-, ПИ-регу- ляторы с ограниченным значением времени интегриро­ вания удовлетворяют требованиям качества переходных процессов.

Областью применения электрогидравлических регу­ ляторов являются объекты, где для управления регулиру­ ющим органом также требуются значительные усилия

и быстродействие, но при этом либо регуляторы должны сочетаться с электрическими датчиками или ЭЦВМ, ли­ бо велико расстояние между отдельными устройствами регулятора, либо необходимо осуществление ПИ- и ПИДрежимов с широким диапазоном изменения параметров настройки.

Особо следует отметить рациональность применения указанных выше регуляторов на объектах, где имеются источники рабочей жидкости, так как при этом отпадает необходимость в установке специального источника пи­ тания.

12-2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Рассмотрим принцип построения гидравлических и элек­ трогидравлических регуляторов.

Пример функциональной схемы гидравлического ре­ гулятора, состоящего из датчика Д, задатчика 3, гид­ равлического усилителя ГУ, исполнительного механизма

Датчик предназначен для измерения значения а ре­ гулируемой величины и преобразования этого значения в сигнал Х\. Этот сигнал, так же как и сигналы на вы­ ходах задатчика х3 и корректирующего устройства х о л , представляются физически в виде усилия или перемеще­ ния. Небаланс сигналов датчика и задатчика х—Х\—х3 и сигнал *о.с поступают на вход усилителя ГУ. Послед­ ний усиливает по мощности разность х2—х—х0.с и уп­ равляет потоком жидкости, поступающим к исполнитель­ ному механизму, который преобразовывает энергию жидкости в механическую энергию перемещения выход­ ного вала, соединенного с регулирующим органом.

Основными устройствами, входящими в электрогид­ равлический регулятор (рис. 12-1,6), являются датчик Д, задатчик 3, электронный (магнитный) усилитель ЭУ,

Сигналы на их выходе представляются в виде напряже­ ния или тока. Сигналы датчика Х\ и задатчика х% посту-

418

пают на вход электронного усилителя ЭУ. Разность этих сигналов усиливается до величины, достаточной для управления электромеханическим преобразователем ЭМП, который преобразовывает сигнал в механическое

ОС

в)

Рис. 12-1. Примеры функциональных схем гидравличес­ кого (а), электрогидравлического (б) регуляторов и электрогидравлического позиционера (в).

перемещение управляющего элемента гидравлического усилителя ГУ. На выходе этого усилителя включен ис­ полнительный механизм ГИМ. В зависимости от типа корректирующего устройства и конструкции регулятора

суммирование небаланса сигналов датчика и задатчика

тройство включено в обратную связь и состоит из дат­ чика перемещения исполнительного механизма ДОС, электрический сигнал на выходе которого пропорциона­

контура суммируется с сигналом х с помощью электрон­ ного усилителя. Иногда сигнал на выходе корректирую­ щего устройства представляется в виде усилия или пе­ ремещения и поступает на вход гидравлического усили­ теля.

В последние годы в некоторых типах регуляторов ста­ ли находить применение электрогидравлические позици­ онеры, отслеживающие выработанный электрическим регулирующим прибором тот или иной закон регули­ рования. В позиционер входят электромеханический преобразователь ЭМП (рис. 12-1, в), гидравлический усилитель ГУ, исполнительный механизм ГИМ и уст­ ройство жесткой обратной связи ОС по положению исполнительного механизма. Обратная связь может иметь выход в форме усилия или перемещения и посту­ пать на вход гидравлического усилителя или иметь элек­ трический выход и поступать на вход электромеханиче­ ского преобразователя. При работе не от электронного регулирующего прибора, а непосредственно от датчика позиционер играет роль П-регулятора.

Помимо указанных выше элементов рассматривае­ мые регуляторы содержат источники рабочей жидкости и различную вспомогательную аппаратуру, а также гид­

усилителей и исполнительных механизмов в гидравли­ ческих и электрогидравлических регуляторах одина­ ковы, несмотря на различие типов устройств, управляю­ щих этими усилителями. Поэтому целесообразно вна­ чале рассмотреть гидравлические усилители, исполни­

420

12-3. ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА

а) ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

В современных промышленных регуляторах применяют­ ся различные типы однокаскадных усилителей (со струй­ ной трубкой, с золотником, с соплом и заслонкой), а так­ же двухкаскадные усилители.

Усилитель со струйной трубкой показан на рис. 12-2. Основным его элементом является струйная трубка /, которая поворачивается вок­ руг оси 2 под действием усилия, пропорционального сигналу х2 на входе усили­ теля.

одинаков по длине. Такое расположение и конфигура­ ция сопл сделаны для того, чтобы обратная струя жидкости при вытекании из сопл не оказывала воздействия на струйную трубку. Приемные соп­ ла соединяются трубопроводами с полостями гидравли­ ческого исполнительного механизма 6. При отсутствии управляющего сигнала струйная трубка 1 расположена посередине между соплами. Струя жидкости, вытекаю­ щая из трубки 1, равномерно распределяется между дву­

ного механизма при этом равен нулю.

421