книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

Уравнение (3.31) является нелинейным. Однако при дальней­ ших упрощениях оно может быть линеаризовано.

Так, например, обычно пренебрегают инерционным членом, ко­ торый невелик по сравнению с остальными членами уравнения. Тогда уравнение (3.31) приводится к виду

где п — число окон в гильзе;

b — ширина окна в гильзе, см; х — координата плунжера, см.

Примем высоту окна за. номинальный ход золотника jchom. Вы­ берем также'номинальный ход сервопоршня уном. Введем обозна­ чения:

Окончательно получаем уравнение динамики гидравлической системы (усилитель золотникового типа — поршневой исполнитель­

но

где Ts — постоянная, имеющая размерность времени, сек.

Постоянная времени сервопоршня Ts зависит от конструктив­ ных размеров. В системах автоматики, как правило, стремятся к уменьшению величины Ts. Это, в частности, может быть достиг­ нуто увеличением рабочего давления жидкости р0 или уменьше­ нием площади сервопоршня F в пределах, допустимых перестано­ вочными усилиями, а также увеличением ширины окон b в гильзе золотника.

Экспериментально постоянная Ts может быть определена осциллографированием хода сервопоршня и определением времени, в течение которого сервопоршень передвинется на величину упом, при условии, что золотник в течение этого времени полностью от­ крывает окно. Это означает, что х = х 1Юм.

Электрические исполнительные механизмы

К электрическим исполнительным механизмам, используемым в САУ дизельных, котельных и других энергоустановок, относятся электромагнитные и электромашинные исполнительные'механизмы. Электромагнитные исполнительные устройства рассчитаны на. отно­ сительно небольшие усилия. Для больших усилий используются электропневматические или электрогидравлические механизмы, в которых электромагнит служит в качестве первой, управляющей, ступени, сигнал которой усиливается за счет энергии сжатого воз­ духа или жидкости во второй ступени устройства.

На рис. 3.68 показана схема электромагнитного рабочего стопустройства для выключения топливного насоса двигателей с электростартерным пуском. При подаче напряжения на основную об­ мотку 2 электромагнита его сердечник 1 втягивается, перемещая рейку топливного насоса и останавливая двигатель. В верхнем положении сердечник фиксируется шариковой защелкой 3, одно­ временно он обесточивает основную обмотку электромагнита вы­ ключением микровыключателя 5. При поступлении команды на пуск подается напряжение на обмотку 4 электромагнита защелки, втулка сердечника 6 перемещается вниз, причем выточка ее стано­

111

вится на линии шариков. Под действием пружины и собственного веса основной сердечник освобождается от фиксаторов и устанав­ ливается в исходное положение.

Рис. 3.68. Схема электромагнитного рабО' чего стоп-устройства

Для двигателей с воздушным пуском, которые требуют боль­ ших усилий перемещения органа дозировки топливоподачи, при­ меняется унифицированное стоп-устройство пневмоэлектрического типа.

112

На рис. 3.69 показана схема устройства электропневмоклапана, используемого в системах автоматики дизелей в качестве исполни­ тельного элемента для открытия воздушных магистралей.

Электропневмоклапан состоит из корпуса, клапана 3 и его пру­ жины 2, управляющего клапана 4 и его пружины 6, седла 5, элек­ тромагнита 1 с кнопкой ручного управления.

/

При подаче сигнала на электромагнит клапана управления 4 последний опускается и перекрывает доступ воздуха на воздушной магистрали правой части клапана. Давление воздуха из полости /1 стравливается по отверстию, открытому управляющим клапаном в атмосферу. Клапан 3 под действием давления воздуха отодви­ гается вправо, открывая доступ воздуха в основную воздушную магистраль.

При выключении электромагнита под действием пружины 6 управляющий клапан поднимается и соединяет полость А с рабо­

чей магистралью. Под действием силы давления воздуха справа клапан 3 закрывается.

Принцип работы соленоидных вентилей поршневого и мембран­ ного типа, применяемых в холодильных установках (СВФ, СВМ), аналогичен принципу работы электропневмоклапанов. На рис. 3.70

имеют устройство, схожее с вентилями СВФ, и выпускаются с ус­ ловным проходом до 70 мм.

Электродвигатели постоянного и переменного тока широко при­ меняются в качестве исполнительных механизмов САУ энергети­ ческих установок. В дизель-генераторах электродвигатели исполь­ зуются для управления затягом пружины регулятора скорости и автомата включения тока генератора, для привода стартера, обес­ печивающего запуск дизеля.

Всистемах автоматики котельных установок в качестве испол­ нительных механизмов используются колонки дистанционного управления КДУ и . однооборотные электрические механизмы МЭОК, ЭДЭОб, состоящие из асинхронного электродвигателя и исполнительного механизма, управляемого магнитным реверсив­ ным контактором.

Вхолодильных установках однофазные асинхронные двигатели

используются для привода задвижек в моторных вентилях ДР (двухпозиционное регулирование) и ПР (пропорциональное регу­ лирование).-

114

§ 3.5. Понятие а надежности элементов автоматики

Общие понятия

Под надежностью понимается свойство системы (изделия) выполнять за­ данные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени.

—отказ — нарушение работоспособности изделия;

—наработка на отказ Г0— математическое ожидание времени безотказной работы изделий между отказами. Величину Г0 определяют по эксперименталь­ ным данным как среднее значение времени работы изделия между отказами, т. е.

нужденного нерегламентированного простоя, вызванного отысканием и устране­ нием одного отказа изделия. Его обычно определяют по экспериментальным данным как среднее значение времени выполнения одного текущего ремонта;

— коэффициент готовности &г — частное от деления наработки изделия на отказ в единицах времени за некоторый период эксплуатации на сумму этой наработки и общего времени Грем, затраченного на отыскание и устранение отказов за тот же период времени. Например, если Грем соответствует пе­ риоду Го, то

гТ0 + Грем *

—коэффициент технического использования йх — частное от деления вели­ чины Т0 на сумму величины Г0 и общего времени на плановый и неплановый (вынужденный) ремонт изделия:

То

kT (3.36)

То+ ТроЫ zT10 ’

где z — количество технических обслуживаний электроагрегатов за время Г0; Тт0 —.среднее время проведения технического обслуживания, ч;

—вероятность безотказной работы Po(t) — вероятность того, что при опре­ деленных условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки отказ изделия не возникает;

—интенсивность отказов X— величина, обратная Т0:

X= ■То

и связанная с величиной Го(0 (при распределении времени безотказной работы по экспоненциальному закону) зависимостью

t_

к предупреждению, обнаружению и устранению отказа (т. е. к обеспечению вос­ становления утраченной работоспособности).

Наряду с вероятностью безотказной работы ремонтопригодность является определяющем фактором надежности.

115

Ремонтопригодность системы, в частности, характеризуется коэффициентом готовности £г и коэффициентом технического обслуживания kT0.

Перечисленные понятия и показатели позволяют обоснованно подходить к выбору элементов системы автоматики, добиваясь от них и от системы в це­ лом высоких значении P0 (Y), кг и Ат­

еистема автоматики состоит из большого числа элементов, соединенных последовательно, параллельно или смешанным образом. Наиболее просто рассчи­ тывать вероятность безотказной работы системы Po(t) при последовательном соединении п элементов. Если вероятность безотказной работы элементов Лн(/),

Тогда при параллельном соединении элементов вероятность отказа системы бу­ дет равна произведению вероятностей отказов элементов.

Надежность системы определяется по формуле

1=п

элементов приводит к уменьшению произведения вероятностей отказов элементов, а следовательно, к увеличению надежности всей системы.

Пример расчета вероятности безотказной работы и численные значения Р(1) для некоторых элементов приводятся ниже.

Повышение надежности системы автоматики и ее коэффициентов готовности

2)за счет резервирования цепей автоматики, т. е. увеличения числа эле­ ментов, включаемых параллельно, — создания параллельных цепей, дублирующих работу друг друга;

3)введение специальных автоматизированных систем контроля исправного

состояния, локализации неисправностей и прогнозирования состояния систем автоматики, что позволяет уменьшить величины Т'рсм и ^т.0 и повысить зна­ чение kr и kT.

Пример расчета надежности и данные по надежности некоторых элементов автоматики

В качестве примера рассмотрим расчет надежности датчика температуры типа КР. Заводские данные по интенсивности отказов X в течение часа для эле­ ментов датчика КР, которые соединены между собой последовательно, приведены в табл. 3.3. Интенсивность отказа всего датчика КР 11,7410_6.

116

Раздел II

ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИКИ

Глава 4

ТИПОВЫЕ ЗВЕНЬЯ, СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

§ 4.1. Общие понятия и определения

Методы теории автоматического регулирования позволяют до­ статочно наглядно и вместе с тем сравнительно просто исследовать качество регулирования с точки зрения возможности удовлетворе­ ния требованиям, предъявляемым к системе. Большинство из этих методов основано на действиях над передаточными функциями и частотными характеристиками элементов и системы, которые пояс­ няются ниже. С целью исследования системы необходимо составить ее структурную схему в виде звеньев, связанных между собой. Каждое звено или несколько звеньев должны соответствовать опре­ деленному реальному элементу.

Динамика реальных элементов систем автоматического регу­ лирования описывается линейными или нелинейными дифферен­

В связи с этим большинство элементов систем автоматики можно представить в виде типовых линейных динамических звеньев, ко­ торые описываются однотипными линейными дифференциальными уравнениями 1-го и 2-го порядка. От дифференциальных уравне­ ний переходят к передаточным функциям и частотным характе­ ристикам звеньев, а затем й всей системы. Частотные характе­ ристики систем анализируются с помощью специальных методов

118

стотные характеристики, а также упоминавшиеся в 1-й главе пере­ ходные функции и статические характеристики типовых линейных динамических звеньев и систем.

Динамические свойства каждого звена (элемента САР) или всей системы регулирования характеризуются дифференциальным уравнением вида

ной и выходной величинами на установившихся режимах, k — коэф­ фициент усиления или статический коэффициент передачи зве­ на (САР).

Решение уравнения (4.1) при условии, что входная величинаявляется ступенчатой функцией Xy ( t ) = l ( i ) (в момент t = 0 Ху из­ меняется на единицу и в дальнейшем остается постоянной), позво­ ляет получить переходную функцию звена или CAP h ( t ) . Графи­ ческое изображение переходной функции называется переходной характеристикой.

Передаточная функция САР или звена может быть получена с помощью операционного преобразования. С этой целью перейдем от уравнения (4.1) к уравнению в изображениях.

отношение изображения выходной величины к изображению вход­ ной величины звена или системы при нулевых начальных условиях:

119