книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

органам исполнительных устройств относятся односедельные и двухседельные клапаны, шланговые и диафрагмовые клапаны, по­ воротные заслонки, шиберные задвижки и шаровые регулирующие органы.

Двухседельное исполнительное устройство (рис. 41) состоит из двухседельного регулирующего органа 1, пневматического мем­ бранно-пружинного исполнительного механизма 2 и пневматичес­ кого позиционера 3. Оно приме­ няется для регулирования расхо­ дов чистых (незагрязненных) аг­ рессивных и неагрессивных жид­ ких, паро- и газообразных сред (вода сточная кислая или щелоч­ ная, кислота серная концентри­ рованная, пар водяной, сдувки сульфитные и сульфатные, фур­ фурол, скипидар и т- д.).

Обтекаемая форма затвора обеспечивает работу клапана без каких-либо вибраций и вращаю­ щих усилий. Клапан почти пол­ ностью разгружен от воздействия перепада давления, так как пере­ пады, создаваемые при проходе регулируемой среды через верх­ нее и нижнее седла, действуют на затвор одновременно в противо­ положных направлениях. Наличие небольшого выталкивающего уси­ лия объясняется тем, что пло­ щади седел и соответственно верх­ него и нижнего затворов не оди­ наковы, так как при сборке кла­ пана нижний затвор пропускается через проходное отверстие верх­ него седла и поэтому имеет мень­ шее сечение, чем сечение верхнего затвора. Длина прямого участка трубопровода перед и после двух­ седельного исполнительного уст­

ройства должна быть равной не менее 10 диаметров отверстия прохода патрубка корпуса клапана. Из-за заметного пропуска в закрытом состоянии клапан не относится к запорным.

Мембранно-пружинный исполнительный механизм состоит из верхней и нижней крышек, между которыми болтами зажата рези­ новая или из прорезиненной ткани мембрана. К штуцеру подклю­ чена соединительная линия для подвода сжатого воздуха в прост­ ранство над мембраной. Пространство под мембраной сообщается с атмосферой.

Повышение давления воздуха над мембраной вызывает ее про­ гиб, что воздействует на металлический диск и шток, который гай­ кой или другим путем соединен со штоком затвора регулирующего

в покое.

'Затвор клапана совершает полный ход вниз при возрастании избыточного давления над мембраной от 196 *ІО2 до 98ІО3 Па, что обеспечивается соответствующим натяжением пружины. Для ре­ гулировки натяжения пружины служит гайка. Между пружиной и гайкой расположены опора и шариковый подшипник, облегчаю­ щий вращение гайки при регулировке натяжения пружины. Для уплотнения клапан имеет сальниковое устройство.

Направляющий стакан служит для центрирования штока и ди­ ска, а неподвижный кронштейн — для прикрепления исполнитель­ ного механизма к корпусу регулирующего клапана. На кронштейне также крепится позиционер (позиционное реле), назначение ко­ торого состоит в следующем.

Пропорциональные и пропорционально-интегральные регуля­ торы в случае их настройки на большие пределы пропорциональ­ ности и соответственно на малые коэффициенты передачи (усиле­ ния) создают очень незначительные изменения давления воздуха в командной соединительной линии. Например, при 150%-ном пре­ деле пропорциональности изменение регулируемого параметра на 1% шкалы должно привести к перемещению затвора клапана на 0,66% от полного его хода. При этом давление в мембранной го­

вкомандной линии невелико.

Вкаждом регулирующем органе имеются трение в подвижной системе, сальнике, а также сопротивления от действия давления среды, протекающей через регулирующий орган. Эти силы проти­ водействуют перемещению затвора регулирующего органа и при­

водят к возрастанию общей нечувствительности регулятора и

кухудшению качества регулирования.

Вэксплуатации для устранения течи в сальнике часто прибе­ гают к чрезмерной его затяжке, что неминуемо приводит к резкому возрастанию сил трения в регулирующем органе. При нагревании регулирующего органа протекающей через него средой набивка сальника высыхает и силы трения еще более возрастают. При низ­ ких температурах протекающей среды загустевает смазка, что также приводит к увеличению сил трения. При больших перепа­ дах на регулирующем органе скорости потока оказываются очень большими, и получающийся со .стороны входа большой динамичес­

кий напор усиленно прижимает затвор клапана к одной стороне

148

периферии седел, вследствие чего силы трения в системе регули­ рующего органа еще более увеличиваются.

Устранение влияния действия сил трения может быть достиг­ нуто лишь за счет увеличения мощности исполнительного меха­ низма, что достигается увеличением либо диаметра мембраны, либо давления воздуха в мембранной головке.

Первый метод в практике не применяется, так как требует очень большого количества раз­ ных по размерам мембранных исполнительных механизмов, что приводит к громоздкости кон­ струкции исполнительного устрой­ ства. Второй метод, состоящий во временном увеличении давления воздуха в мембранной головке, получил широкое применение. Этот метод осуществляется по­ средством специальных пневмати­ ческих усилительных устройств, называемых позиционерами.

Позиционер уменьшает общую нечувствительность регулятора и обеспечивает преодоление трения в подвижной системе пневмати­ ческих исполнительных устройств, а также сопротивления от вяз­ кости среды, протекающей через регулирующий орган, и от ее ди­ намического напора.

Односедельное исполнитель­ ное устройство (рис. 42) имеет один затвор, что упрощает кон­ струкцию, но приводит к появле­ нию выталкивающего усилия на затворе. Поэтому требуется повы­ шенная мощность исполнитель­ ного механизма, особенно при подходе затвора к положению полного закрытия прохода седла.

Используется не только на чистых, но и на слабозагрязненных коррозионных и вязких средах (мазут, водяной пар, щелоки крепкие или слабые — белый, зеленый, варочный сульфатный, варочный нейтрально-сульфитный, слабый черный и т. п.). Клапан не является запорным.

Шланговое исполнительное устройство (рис. 43) состоит из шлангового регулирующего клапана 1, пневматического мембран­ но-пружинного исполнйтельного механизма 2 и пневматического позиционера 3.

149

Проходное отверстие закрывается посредством пережимания шланга, изготовленного из резиновых или полимерных материалов. Подбором коррозионно-стойких материалов (винипласта, полиэти­ лена, фторопласта, кислотоупорной стали и др.) обеспечивается

рубков клапана. Допустимые давления и температура применения клапана ограничены свойствами материала, из которого изготов­ лен шланг.

Усилие, которое приходится преодолевать исполнительным ме­ ханизмам при закрывании шлангового клапана, зависит от давле­ ния в трубопроводе и диаметра отверстия входного патрубка кла­

150

пана. При увеличении давления и диаметра требуемая мощность исполнительного механизма резко возрастает.

Диафрагмовое исполнительное устройство (рис. 44) состоит из диафрагмового регулирующего клапана, пневматического мем­ бранно-пружинного исполнительного механизма и пневматического позиционера. Изменение пропускной способности достигается по­ ступательным перемещением центра диафрагмы относительно не­ подвижного седла. Все, что было сказано о шланговом исполни­

по сравнению с одно- и двухседельными регулирующими клапа­ нами:

воткрытом положении регулирующих заслонок их гидравли­ ческое сопротивление значительно меньше, чем у регулирующих клапанов;

врегулирующих заслонках нет «мертвых» зон, в которых могут скапливаться механические частицы и грязь;

при прохождении через регулирующую заслонку поток регули­ руемой среды меньше изменяет свое направление, поэтому сопря­ женные дросселирующие поверхности изнашиваются меньше;

151

150 мм.

Регулирующие заслонки в закрытом состоянии пропускают от 2 до 4% максимального расхода регулируемой среды, т. е. не обладают запорными свойствами. В случае наличия уплотнения из резины или полимерных материалов заслоночные исполнитель­ ные устройства становятся запорно-регулирующими.

Прямые участки трубопроводов до исполнительного устройства и после него должны иметь длину не менее пяти диаметров отвер­ стия прохода заслонки.

различных видов в целлюлозно-бумажном или картонном произ­ водстве (масса сульфитная и сульфатная, масса нейтрально-суль­ фитная и нейтрально-сульфатная, промытая и непромытая, дре­ весная или бумажная, масса на всех ступенях отбелки). Необхо­ димая линейность пропускной характеристики создается за счет фигурной вставки в корпусе задвижки.

Ш а р о в ы е регулирующие органы в составе исполнительных устройств применяются для регулирования расхода массы, т. е. для тех же целей, что и шиберные задвижки. Затвор представляет собой шар с прорезанным цилиндрическим отверстием, который под действием исполнительного механизма может поворачиваться на угол до 90°. Расход массы через шаровой регулирующий орган

152

Т е о р е т и ч е с к и е р а с х о д н ы е х а р а к т е р и с т и к и исполнительных устройств, имеющих регулирующие органы в виде клапанов, разделяются на линейные (рис. 46, а), когда отношение приращения пропускной способности к приращению перемещения затвора имеет постоянное значение, и равнопроцентные (рис.46,б), когда отношение приращения пропускной способности к прираще­ нию перемещения затвора пропорционально значению пропускной способности. Равнопроцентную характеристику часто называют ло­ гарифмической, так как зависимость между пропускной способно­ стью и перемещением затвора пропорциональна логарифму от раз­ мера перемещения затвора. Регулирующие заслонки имеют теоре­ тическую расходную характеристику (рис. 46, в), близкую по форме к равнопроцентной.

В рабочих условиях перепад давления на исполнительном уст­ ройстве не является постоянным, что предопределяет появление

6

семейства рабочих расходных характеристик. Перепад на испол­ нительном устройстве при этом составляет часть перепада на всей системе (линия и исполнительное устройство), меняется вместе с изменением расхода и, кроме того, изменяется в зависимости от степени открытия проходного отверстия регулирующего органа. Поскольку потери давления в линии пропорциональны квадрату скорости, то .относительный перепад на исполнительном устройстве будет наименьшим при максимальном расходе и наибольшим при минимальном расходе. Так как расход, через исполнительное уст­ ройство зависит не только от площади открытой части проходного отверстия, но и от перепада давления на нем, то рабочая расходная характеристика исполнительного устройства, которая могла бы обеспечить наилучшие результаты регулирования, должна учиты­ вать это изменение давления.

Р а б о ч и е р а с х о д н ы е х а р а к т е р и с т и к и регулирую­ щих клапанов, обладающих линейной (рис. 47, а) теоретической характеристикой, показывают, что они тем больше отличаются от теоретических, чем больше отношение п. Размер п в свою очередь тем больше, чем больше отношение перепада давления в линии

354

к перепаду давления на исполнительном устройстве. Следова­ тельно, с ростом перепада давления в линии действительная рас­ ходная характеристика все более будет отличаться от теоретиче­ ской расходной характеристики.

Рабочие расходные характеристики регулирующих клапанов,, обладающих логарифмической (рис. 47, б) теоретической характе­ ристикой, показывают, что при некоторых значениях отношения п рабочие характеристики близки к линейным. Это заставляет при выборе исполнительного устройства для автоматизации производ­ ственного процесса учитывать сопротивление технологического уча­ стка, на котором устанавливается исполнительное устройство, с тем, чтобы получить реальную рабочую характеристику испол­ нительного устройства, близкую к линейной.

а &

Рис. 47. Рабочие расходные характеристики регулирующих клапанов:

перепада давления на исполнительном устройстве к перепаду дав­ ления от угла поворота заслонки.

На рис. 49, а приведены графики изменения перепада давления жидкости на регулирующих клапанах с линейной теоретической характеристикой, а на рис. 49, б — то же, но с логарифмической теоретической характеристикой.

Производительность впервые осваиваемых или отлаживаемых технологических установок вначале бывает ниже проектного зна­ чения, а затем постепенно возрастает в результате освоения тех­ нологического процесса и оборудования. Изменение производи­ тельности происходит также в связи с модернизацией оборудова­ ния производственных цехов.

155