4 Курс / СЭП / Курсовая ЯШУ / СУЭиОУ / 3401
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Электрооборудование судов и автоматизация производства»
Савенко А.Е.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ
И ОБЩЕСУДОВЫМИ УСТАНОВКАМИ
Практикум
по выполнению расчетно-графической и контрольной работы для курсантов специальности 26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования
исредств автоматики» и направления подготовки
13.03.02«Электроэнергетика и электротехника» очной и заочной форм обучения
Керчь, 2016 г.
2
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение |
4 |
|
1 |
Расчет мембранного исполнительного механизма |
5 |
2 |
Расчет расходной характеристики регулирующего органа пара |
8 |
3 |
Расчет регулирующего органа для регулирования расхода воды |
15 |
4 |
Расчет настроек двухпозиционных САР |
18 |
5 |
Расчет линии регрессии |
21 |
Приложение А Таблица формул для определения числа Рейнольдса потока |
24 |
|
Приложение Б Таблица коэффициентов трения круглых трубопроводов |
25 |
|
Приложение В Таблица высоты выступов шероховатости |
|
|
|
трубопроводов |
26 |
Приложение Г Коэффициент трения круглых трубопроводов |
27 |
|
Приложение Д Таблица коэффициентов местных сопротивлений |
28 |
|
Приложение Е Таблица коэффициентов сопротивления полностью |
|
|
|
открытой арматуры |
30 |
Приложение Ж Таблица условной пропускной способности |
|
|
|
регулирующих органов |
32 |
Приложение З Формулы для расчета процесса двухпозиционного |
|
|
|
регулирования |
33 |
Список рекомендованной и используемой литературы |
35 |
|
3
ВВЕДЕНИЕ
Невозможно представить современное судно или береговое предприятия без сложных систем управления оборудования. Автоматизация технологических и энергетических комплексов является важным для специалиста-электромеханика. Автоматизация ведет к повышению производительности труда и качества продукции, освобождению человека из производственного процесса. Управлять высокотехнологическими объектами невозможно без современных средств автоматизации и вычислительной техники, поэтому важно, чтобы персонал знал состав обслуживаемого оборудование, характеристики всех его элементов, а также умел его правильно настроить под конкретный режим работы.
Расчетно-графическая или контрольная работа предусматривает решение 5 различных заданий. Курсанты очного обучения выполняют расчетнографическую работу, а курсанты заочного отделения выполняют контрольную работу. Защита работы производится на практических занятиях, где курсант должен подтвердить самостоятельность и понимание проведенных им расчетов.
Вариант вычисляется студентом как остаток от деления номера зачетной книжки на 30. Исключение составляет лишь пятая задача, где задание выдается преподавателем на листке миллиметровой бумаги формата А4.
Расчетно-графическая (контрольная) работа должна быть оформлена в соответствии с требованиями университета и содержать титульный лист, содержание, основную часть и список используемой литературы.
4
1 РАСЧЕТ МЕМБРАННОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
Цель: освоить методику расчѐта исполнительных механизмов.
Теоретическая часть
Расчѐт механизмов МИМ (мембранно-пружинный исполнительный механизм) и МИМП (мембранно-пружинный исполнительный механизм, развивающий повышенные перестановочные усилия) производится в следующей последовательности.
1. Определяют предварительное значение эффективной площади мембраны для механизмов МИМ и МИМП
F |
k NПС.П |
, |
(1.1) |
|
|||
Э |
pПИТ pК |
|
|
|
|
||
где k - коэффициент, учитывающий жѐсткость мембраны и трение штока в направляющих; k=1,03 ÷1,05, причѐм большее значение принимается для меньших значений NПС.
2.Задаются отношением β=D1/D, которое для стандартных исполнительных механизмов принимают равным 0,75-0,85, а для исполнительных механизмов двухпозиционного регулирования 0,6 - 0,8.
3.Определяют предварительное значение диаметра заделки мембраны
D 1,95 |
Fэ |
|
1 2 . |
(1.2) |
Полученное значение D округляют до ближайшей большей величины из стандартного ряда. При этом следует иметь в виду, что для механизмов МИМ и МИМП должно быть сохранено условие SУ ≤ 0,12 D.
4. Определяют диаметр опорного диска из соотношения D1 = βD. Полученное значение D1 округляют до ближайшей величины из стандартного ряда, после чего определяют истинное значение β.
5. Определяют диаметр штока из соотношения d=(0,05 ÷0, 1)D. Полученное значение d округляют до ближайшей большей величины из стандартного ряда.
6. Определяют толщину мембраны (в см) по формуле
0,175 |
pПИТ D 1 2 |
, |
(1.3) |
|
|
|
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
где [τ] - допустимое напряжение на срез мембраны, кгс/см2.
Полученное значение δ округляют до ближайшей большей величины, указанной в сертификатах на мембранные полотна.
Значения [τ] для листовой резины с одной тканевой прокладкой, имеющей прочность на разрыв не менее 50 кгс/см2, приведены в таблице 1.1.
5
Таблица 1.1 - Допустимое напряжение на срез мембраны
|
Толщина мембраны δ в см |
|
|
|
|
0, |
|
0,5 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
,7 |
|
|
|
Допускаемое напряжение на срез [τ] в кгс/см2 |
|
30 |
|
24 |
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
7. Истинную величину Fэ, определяют по формулам: |
|
|
|
|
|||||||
|
- для бесштоковой полости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FЭ |
|
D2 |
D D1 |
D12 |
; |
|
|
(1.4) |
|||
|
|
|
|
|||||||||
|
12 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- для штоковой полости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FЭ |
|
|
D2 |
D D1 |
D12 |
d 2 . |
|
|
(1.5) |
||
|
|
12 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
||
|
Далее определяют истинные значения величины перестановочного усилия в |
|||||||||||
начале и в конце хода штока при прямом и обратном ходе по формулам: |
|
|
||||||||||
|
- для прямого хода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NПС = NМ – NП; |
|
|
|
|
(1,6) |
||||
|
- для обратного хода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NПС = NП – NМ, |
|
|
|
|
(1.7) |
||||
где NМ = р∙FЭ - усилие развиваемое мембраной;
NП - усилие упругости пружины, которое в крайних положениях хода вы-
ходного элемента определяется по следующим зависимостям: |
|
|||
- в начале хода |
|
|
||
NП.Н. = рН FЭ; |
(1.8) |
|||
- в конце хода |
|
|
||
NП.К. = рК FЭ. |
(1.9) |
|||
8. Жѐсткость пружины определяют по следующей формуле (только при |
||||
расчѐте механизмов МИМ и МИМП) |
|
|
||
q |
Fэ |
( p |
p ) , |
(1.10) |
|
||||
|
|
к |
н |
|
|
Sу |
|
|
|
где рК - давление в рабочей полости исполнительного механизма, при котором выходной элемент совершит ход, равный SУ, кгс/см2;
SУ - условный ход выходного элемента, см.
Пример расчѐта
Пример расчѐта исполнительного механизма типа МИМ ППХ проведѐн при следующих исходных данных:
NПС.П = 220 кгс; NПС.О = 30кгс; SУ = 10мм;
рПИТ = 2,5 кгс/см2;
рН = 0,2 кгс/см2;
рК = 1кгс/см2.
1. Предварительное значение эффективной площади мембраны. Принимаем k=1,05, тогда
6
FЭ 1,05 220 154(см2 ) . 2,5 1
2.Задаѐмся отношением β=D1/D=0,8.
3.Диаметр заделки мембраны.
D 1,95 |
154 |
|
15,192 (см) . |
1 0,8 |
0,82 |
Принимаем D = 160 мм. Выбранное значение D удовлетворяет соотноше-
нию Sy ≤ 0,12 ∙ 160 = 19,2(мм).
4.Диаметр опорного диска
D1 = 0,8 ∙ 160 =128(мм).
Принимаем D1 = 125( мм).
5.Истинное значение отношения D1/D.
160125 0,781
6.Диаметр штока
d = 0,05∙160 = 8 (мм)
Принимаем d=10 мм. 7. Толщина мембраны.
Принимаем материал мембраны с [τ]=30 кгс/см2.
0,175 2,5 16 1 0,7812 0,09 (см) 30
Принимаем δ = 3 мм.
8. Истинное значение эффективной площади мембраны
FЭ |
|
162 |
16 12,5 12,52 160 см2 |
|||
|
||||||
12 |
|
|
|
|
||
9. Жѐсткость пружины. |
|
160 1 0,2 |
|
|||
q |
12,8 (кгс / мм) |
|||||
|
||||||
|
|
|
|
10 |
|
|
10. Перестановочное усилие: |
|
|
||||
- в начале обратного хода |
NПС..НО =0,2∙160=32(кгс) |
|||||
- в конце обратного хода |
|
|
NПС..КО =1∙160=160(кгс) |
|||
- в конце прямого хода |
|
|
NПС..КП =2,5∙160-160=240(кгс) |
|||
- в начале прямого хода |
|
|
NПС..НП =2,5∙160-32=368(кгс) |
|||
Расчитанный исполнительный механизм соответствует исходным данным.
Индивидуальное задание
Вариант высчитывается как остаток деления номера зачетной книжки на число 30. Данные берутся из таблицы 1.2.
7
Таблица 1.2 – Варианты задания
№ ва- |
|
единицы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
риан- |
|
измере- |
0 |
|
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
|
6 |
7 |
8 |
|
9 |
|
10 |
|
11 |
|
12 |
|
13 |
|
|||||||||
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
та |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NПС.П |
|
кгс |
220 |
|
350 |
|
570 |
|
900 |
1450 |
|
2250 |
|
580 |
1400 |
325 |
|
515 |
|
830 |
|
1250 |
2080 |
|
3300 |
|
|||||||||||||
NПС.О |
|
кгс |
30 |
|
45 |
|
70 |
|
|
110 |
|
180 |
|
290 |
|
75 |
175 |
15 |
|
30 |
|
40 |
|
|
75 |
|
120 |
|
180 |
|
|||||||||
SУ |
|
мм |
10 |
|
16 |
|
25 |
|
|
40 |
|
|
60 |
|
100 |
|
16 |
40 |
10 |
|
16 |
|
25 |
|
|
40 |
|
60 |
|
100 |
|
||||||||
рПИТ |
|
кгс/см2 |
2.5 |
|
2.5 |
|
2.5 |
|
2,5 |
|
|
2.5 |
|
2.5 |
|
2.5 |
2,5 |
2.5 |
|
2.5 |
|
2,5 |
|
2,5 |
|
2,5 |
|
2,5 |
|
||||||||||
рН |
|
кгс/см2 |
0.2 |
|
0,2 |
|
0,2 |
|
0,2 |
|
|
0.2 |
|
0.2 |
|
0.2 |
0.2 |
0.1 |
|
0.1 |
|
0,1 |
|
0.1 |
|
0,1 |
|
0,1 |
|
||||||||||
РК |
|
кгс/см2 |
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
0.4 |
|
0,4 |
|
0.4 |
|
0.4 |
|
0.4 |
|
0.4 |
|
|||||||||
|
Продолжение таблицы 1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
№ ва- |
|
единицы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рианта |
|
измере- |
14 |
|
15 |
16 |
|
17 |
|
18 |
|
19 |
|
20 |
|
21 |
|
22 |
23 |
|
24 |
25 |
|
26 |
|
27 |
|
28 |
|
29 |
|
||||||||
|
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
NПС.П |
|
кгс |
3325 |
|
540 |
120 |
|
115 |
|
150 |
|
300 |
|
470 |
760 |
|
750 |
250 |
|
400 |
500 |
|
600 |
|
700 |
|
800 |
|
900 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
NПС.О |
|
кгс |
190 |
|
45 |
250 |
|
250 |
|
430 |
|
730 |
|
1100 |
1760 |
|
1780 |
720 |
|
90 |
140 |
|
250 |
|
320 |
|
400 |
|
440 |
|
|||||||||
SУ |
|
мм |
100 |
|
25 |
10 |
|
10 |
|
16 |
|
25 |
|
40 |
|
60 |
|
60 |
25 |
|
10 |
16 |
|
25 |
|
40 |
|
60 |
|
|
80 |
|
|||||||
рПИТ |
|
кгс/см2 |
2.5 |
|
2,5 |
2,5 |
|
2,5 |
|
2,5 |
|
2.5 |
|
2.5 |
|
2.5 |
|
2.5 |
2.5 |
|
2,5 |
2,5 |
|
2,5 |
|
2,5 |
|
2,5 |
|
2,5 |
|
||||||||
рН |
|
кгс/см2 |
0.1 |
|
0,1 |
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
0,2 |
0,2 |
|
0,1 |
|
0,1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
||||||
РК |
|
кгс/см2 |
0.4 |
|
0,4 |
2 |
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
2 |
|
0,6 |
0,8 |
|
1 |
|
1,2 |
|
1,4 |
|
1,6 |
|
|||||||
Контрольные вопросы
1.Что такое исполнительный механизм системы автоматики?
2.Какие элементы автоматики содержит исполнительный механизм?
3.Охарактеризуйте виды исполнительных механизмов.
Литература: [1], [3].
2 РАСЧЕТ РАСХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА ПАРА
Цель: по расчѐтной схеме трубопровода для подачи пара к деаэратору выбрать и рассчитать регулирующий орган.
Теоретическая часть
Расчѐт расходной характеристики регулирующего органа пара производится
вследующей последовательности.
1.По таблицам водяного пара при заданном давлении пара в магистрали и температуры пара находят динамическую вязкость, показатель адиабаты и плотность пара.
2.Определяют гидростатический напор, соответствующий разности уровней верхней и нижней отметок трубопровода:
Ph h g . |
(2.1) |
где h - разность высот начального и конечного участков сети |
|
Определяют располагаемый напор: |
|
ΔPС =РО – РК – ΔPh . |
(2.2) |
8 |
|
Используя приложению А находят число Рейнольдса при GMAX, отнесѐнное
к D:
Re |
|
31,6 10 3 |
|
GMAX |
. |
(2.3) |
D |
|
|||||
|
|
|
D |
|
||
|
|
|
|
|
||
Определяют условие гидравлической гладкости трубопровода (приложение
Б):
|
27 |
|
D |
|
8 7 |
|
|
ReD |
|
|
, |
(2.4) |
|||
|
|||||||
|
|
n1 |
|
|
|
||
где n1 - шероховатость трубопровода, определяемая из приложения В.
Так как паропровод в данном случае не является гидравлически гладким, то коэффициент трения λ определяется по приложению Г в зависимости от ReD и
D/n1.
Высчитывается суммарная длина паропровода:
n |
|
L li , |
(2.5) |
i 1
где li – длины отдельных участков трубопровода
Находят среднюю скорость в паропроводе при максимальном расчѐтном расходе:
V |
|
GMAX |
|
4 GMAX |
. |
(2.6) |
|
F |
D2 |
||||||
MAX |
|
|
|
|
Затем ищут потерю давления в прямых участках паропровода:
P |
|
L V 2 |
|
||
|
|
. |
(2.7) |
||
|
|
||||
П |
|
2 |
g D |
|
|
|
|
|
|||
Определяют потери давления в местных сопротивлениях трубопровода:
|
V |
2 |
n |
|
|
PM |
|
k , |
(2.8) |
||
2 g |
|||||
|
k 1 |
|
|||
где ζ определяются по таблицам, представленным в приложении Д и Е. |
|
||||
Находят общие потери давления в линии |
|
|
|
||
PЛ PП PМ . |
(2.9) |
||||
3. Определяют перепад давления в регулирующем органе при максимальном расчѐтном расходе пара:
P |
P |
P . |
(2.10) |
P.O.MAX |
C |
Л |
|
Очевидно, что при малых расходах потери давления в линии являются пренебрежимо малой величиной и перепад давления на регулирующем органе будет равен:
P |
P |
P . |
(2.11) |
P.O.MIN |
О |
К |
|
4. Находят максимальную пропускную способность регулирующего органа:
KVMAX |
|
GMAX |
|
|
, |
(2.12) |
|
|
|
|
|
||||
23,4 р1 |
|
||||||
|
|
Р1 |
|
||||
где р1=р; Р1=Р.
5. Выбирают двухседельный регулирующий орган с условной пропускной
9
способностью: Kvy= > 1,2Кv MAX (см. приложение Ж). |
|
|
|
|
|
|||||||
6. Определяем отношение перепада давления на регулирующем органе при |
||||||||||||
максимальном расходе к перепаду давления в линии: |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
n |
PP.O.MAX . |
(2.13) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
PЛ |
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Выбирается регулирующий орган. |
1,0 |
|
|
|
|
|
||||||
8. Определяют максимальный расход |
|
n=10 |
|
|
|
|
||||||
для выбранного регулирующего органа: |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Kv. y . |
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
G |
|
G |
|
(2.14) |
|
|
|
|
|
4,0 |
||
MAX |
MAX |
Kv.MAX |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,0 |
|
||
9. Находят относительные значения |
0,6 |
|
|
|
|
|
||||||
6,0 |
|
|
2,0 |
|
|
|||||||
расхода: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MIN |
GMAX |
; MAX |
GMIN |
. (2.15) |
0,4 |
|
|
1,5 |
|
|
||
|
|
|
|
|
||||||||
GMAX |
GMAX |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|||
10. По рисунку 2.1 определяют диа- |
0,2 |
0,5 |
|
|
|
|
||||||
пазон перемещения затвора регулирующе- |
|
|
|
|
|
|||||||
|
n=0 |
|
|
|
|
|||||||
го органа μ с линейной характеристикой |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
при полученному отношение перепада дав- |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
S 1,0 |
||||||
ления п: |
|
|
|
|
|
|
||||||
S MAX MIN . |
|
(2.16) |
Рисунок 2.1 - Расходные характеристики |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
регулирующего органа с нелинейной про- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
пускной характеристикой |
|
|
|||
Пример расчѐта
Пример выбора и расчѐта регулирующего органа для регулирования расхода пара на деаэратор для схемы, приведенной на рисунке 2.2, проведѐн при следующих исходных данных:
-максимальный расход пара GMAX=10000 кг/ч;
-минимальный расход пара GMIN=3000 кг/ч;
-давление пара в магистрали Ро=5 кгс/см2;
-давление в деаэраторе Рк=1,2 кгс/см2;
-температура пара Θ=210°С,
-внутренний диаметр паропровода D=250 мм.
R=0,7 м
90°
h L1=10 м
L2=7,5 м
90°
90° R=0,7 м
R=0,7 м
L3=7,5 м
pK=1,2 кгс/см2
L4=0,75 м
Рисунок 2.2 - Расчѐтная схема трубопровода для подачи пара к деаэратору
10