курсовой проект / Система автоматизированного несвязного регулирования ректификационной колонны / курсовой проект ЭУСУ Сафонов

Из формулы (2.7) видно, что угол поворота кольцевых весов не зави­сит от плотности жидко­сти, но последняя, а также размеры кольца ограничи­вают верхний предел изме­рения. Из этой формулы видно также, что шкала прибора неравномерная. Для равномерности шка­лы, особенно при измере­нии расхода жидкостей и газов, когда расход про­порционален квадратному корню из перепада давле­ний, применяют специальные механизмы, в частности лекальные.

На рисунке 2.11 приведена схема кольцевого показывающего манометра, имеющего датчик в виде катушки 6 и сердечника 7 для дистанционной передачи показаний к вторичному прибору. При повороте кольца 1 под действием разности

1 — кольцо; 2, 3 — рычаги; 4, 5 — лекала; 6 — катушка индуктивного датчика; 7 — сердечник; 8 — стрелка; 9 — ролик.

Рисунок 2.11 - Схема кольцевого показыва­ющего манометра с датчиком для дистан­ционной передачи показаний

Давлений по жестко закрепленным на нем лекалам 4 и 5 катятся ролики 9, оси которых расположены на рычагах 2 и 3. Профиль лекал и длина всех рыча­гов подобраны таким образом, что обеспечивается пропорцио­нальность между углом попорота кольца и перемещениями стрелки 8 и сердечника 7.

Кольцевые манометры выпускаются в самых различных моди­фикациях (показывающие, самопишущие, с дистанционной пере­дачей показаний, с сигнализирующими и регулирующими устрой­ствами и др.) на верхние пределы измерения от 25 мм вод. ст. до 250 мм рт. ст. и на рабочее давление от 25 до 3200.

2.2 Выбор манометра

При выборе манометров необходимо учитывать свойства вещества, давление которого нужно измерять.

Для системы автоматизации управления регулирования производства аммиака в качестве устройства измеряющего давление газа в трубопроводе был выбран пружинный манометр с индукционным датчиком т.к. он прост в эксплуатации, имеет большой диапазон измерения и срок службы. Индукционный датчик необходим для преобразования измеряемой величины в электрический сигнал для последующей его обработки.

Приборы типа МЭД (рисунок 2.12) в комплекте с вторичным прибором применяются для дистанционного измерения, записи и регулирования давления или разрежения жидкостей и газов, неагрессивных по отно­шению к стали и медным спла­вам.

Прибор МЭД имеет круг­лый корпус диаметром 200 мм, в котором помещается держа­тель с трубчатой пружиной, пе­редаточный механизм и индук­ционная катушка. Давление (разрежение) измеряемой сре­ды через штуцер держателя подводится к пружине, впаян­ной или ввинченной в держа­тель, и деформирует ее, вслед­ствие чего свободный конец пружины перемещается и пере­двигает сердечник индукцион­ной катушки. В приборах с по­казывающей шкалой конец пружины с помощью переда­точного механизма поворачи­вает так же и стрелку.

Индукционная катушка датчика и катушка вторичного при­бора включены в дифференциально-трансформаторную схему.

Приборы типа МЭД выпускаются на пределы измерения, указанные в таблице 2.3.

Приборы типа МЭД поставляются комплектно с приборами ЭПИД или, по особому согласованию, с другими вторичными приборами диф­ференциально-трансформаторной системы, например с ЭПВИ, ДС, ДСР и др.

Рисунок 2.12 – Манометр с индукционным датчиком

Указанные приборы можно применять во взрывобезопасных помещениях при температуре окружающей среды СМ-50°С с относительной влажностью не свыше 80%. Основная погрешность по­казаний приборов по шкале прибора МЭД не более ±1%, по шкале вторичного прибора ЭПИД не более ±2,5% от верхнего предела изме­рения.

Комплект прибора, состоящий из первичного прибора МЭД и вто­ричного прибора ЭПИД, питается от сети переменного тока напряже­нием 127/220 В, частотой 50 Гц.

Измеряемое давление или разрежение через штуцер 1 подводится к труб­чатой пружине 2 и деформирует ее. Закрытый конец пружины перемещается и передвигает связанный с ним сердечник 3 индукционного датчика 4. Измеряемая величина давления, преобразованная в индукционном датчике в элек­трический сигнал, передается на вторичный прибор.

Индукционный датчик представляет собой электрическую ка­тушку со свободно перемещающимся сердечником, помещенную в экране. Экран и сердечник изготовлены из магнитно-мягкого материала.

Таблица 2.3 Технические характеристики приборов типа МЭД.

Наименование прибора	Тип	Модель	Пределы измерения
Манометры со шкалой	МЭД-03	2303	0-1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40 кгс/см"
Мановакуумметры бесшкальные	МЭД-06	2306	0-1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25 кгс/'см2 — по шкале давления и от 0 до 760 мм рт. ст. — по шкале разрежения
Вакуумметры бесшкальные			0-760 мм рт. ст.
Манометры на высокие давления со шкалой	МЭД-04	2304	0-И30; 100; 160; 250, 400; 600; 1000 кг*с/см2
То же бесшкальные	МЭД-07	2307

Катушка имеет первичную и вторичную обмотку, со­стоящую из двух секций с одинаковым числом витков, электри­чески включенных навстречу друг другу. Для подключения дат­чика к линии связи на задней стороне корпуса имеется штепсель­ный разъем.

Потребляемая мощность не более 75 ва.

Изготовитель завод «Манометр», Москва.

1- штуцер; 2- трубчатая пружина; 3- сердечник; 4- индукционный датчик.

Рисунок 2.13 - Схема манометра с индукционным датчиком

2.3 Расчет манометра с индукционным датчиком

Расчет манометрической трубчатой пружины.

Манометрические трубчатые пружины получили широкое распространение в качестве чувствительных элементов приборов и средств автоматики. Повышение требований к точности и надежности приборов, необходимость уменьшения габаритов приборов требует совершенствования технического уровня их чувствительных элементов.

Одним из возможных путей улучшения технических характеристик манометрических пружин является применение трубчатых пружин новых конструкций - пружин с переменной по периметру сечения толщиной стенки.

(2.8)

Система уравнений (2.8) позволяет рассчитать трубку, для которой плоскость η=0, π является плоскостью симметрии формы поперечного сечения и его деформации при действии равномерного нормального давления.

а - деформация под действием давления; б - меридиональное сечение

Рисунок 2.14 - Манометрическая трубчатая пружина

Искомые функции ψ и σ, характеризующие соответственно напряжения в стержне и изменение начального угла наклона касательной α (η), имеют вид

(2.9)

где, η - безразмерная координата;

ν - коэффициент Пуассона материала трубки;

b - «приведенный радиус» сечения;

T1 - нормальное усилие на единицу длины поперечного сечения;

Е - модуль упругости материала трубки;

hm- толщина стенки пружины в точке с координатой η=π/2.

Параметры q, µ и m, учитывающие соответственно нормальное давление, кривизну оси и ее изменение, определяются следующим образом:

(2.10)

где Rm - радиус центральной оси трубки.

Перерезывающая сила в сечении с b=1 от единичной нагрузки представлена в функцией р⁰.

(2.11)

Относительная толщина стенки t(η) определяется следующим образом:

(2.12)

где h(η) - толщина стенки сечения.

Уравнения справедливы при следующих положениях: материал трубки упругий и однородный, толщина стенок мала по сравнению с b; угол поворота мал сравнительно с единицей; размеры поперечного сечения малы сравнительно с Rm.

В случае одновременного действия внутреннего давления p и изгибающих пар Mz, приложенных в плоскости центральной оси, функция ψ и момент Mz связаны условием

(2.13)

В зависимости от типа задачи система уравнений (2.8) принимает определенный вид. Возможны два основных случая: пружина под действием внутреннего давления не меняет своей кривизны (режим силовой компенсации), при этом m=0; свободный конец пружины имеет возможность поворачиваться и перемещаться (режим свободного хода), при этом Мz=0.

Для задания форм средней линии сечения симметричных относительно двух осей x, z (плоскоовальной, овальной, восьмеркообразной, ромбовидной) в качестве формы средней линии используем «универсальное» сечение (рисунок 2.15).

Учитывая симметрию сечения относительно двух осей, функцию изменения толщины стенки определим следующим образом:

Рисунок 2.15 – Модель «универсального» сечения манометрической

пружины

(2.14)

где hmax - максимальная толщина стенки сечения;

hmin - минимальная толщина стенки сечения;

η1, η2, η3, η4 - координаты, определяющие закон изменения толщины стенки по периметру сечения.

Подробно рассмотрим сегментообразное поперечное сечение и сечения с продольными гребнями (гофрами).

В линейном приближении искомые функции представим в виде суммы двух частей, пропорциональных соответственно параметру изменения кривизны m и параметру нормального давления q:

(2.15)

В результате подстановки выражений (2.15) в систему (2.8), получим две системы:

(2.16)

Выражения для вычисления продольных и поперечных напряжений в любой точке наружного и внутреннего контура сечения имеют вид

(2.17)

(2.18)

Относительный угол раскрытия ∆Φ, тяговый момент МТ, работоспособность при номинальном давлении определяются следующим образом:

(2.19)

(2.20)

(2.21)

где Ф - центральный угол пружины;

x - координата точки средней линии сечения;

[σ] - допускаемое напряжение для материала пружины;

σэкв. max - максимальное эквивалентное напряжение.

Исследование прочности пружин с данными типами сечений, как функции параметров µ, позволяет заключить следующее:

1) Для пружин с сечением первого типа, для увеличения чувствительности МТП, при малой кривизне пружины можно определить значение hmin/hmax, при котором прочность исходной пружины с постоянной толщиной стенки равна прочности пружины с переменной толщиной стенки.

2) Для пружины второго типа при более высоких значениях µ можно определить значение hmin/hmax, при котором прочность исходной пружины с постоянной толщиной стенки равна прочности пружины с переменной толщиной стенки. Причем в данном случае наблюдается эффект увеличения прочности пружины.

3) Пружины с сечением третьего типа уступают по прочности исходному сечению с постоянной толщиной стенки при любых значениях hmin/hmax и µ, то есть уменьшение толщины стенки на средних участках не может быть использовано для улучшения характеристик пружин без уменьшения прочности.

Таким образом, установлено, что наиболее выгодным сечением с переменной толщиной стенки следует признать сечение второго типа, так как в широком диапазоне значений µ позволяет найти отношение hmin/hmax, при котором прочность исходной пружины с постоянной толщиной стенки равна прочности пружины с переменной толщиной стенки.

Эффект увеличения прочности пружины с сечением второго типа при уменьшении толщины стенки в зоне сопряжения средних и боковых участков сечения при малых значениях µ связан с разгрузкой участков на концах большой оси сечения.

4.4 Модернизация манометра

Целью модернизации манометра с индукционным датчиком системы автоматизации управления регулирования производства аммиака является повышение точности показаний прибора и непосредственная передача информации на ЭВМ для анализа.

Для данной системы был выбран электронный манометр DMG 01.

Область применения электронных ма­нометров DMG разнообразна, однако они специально были предусмотрены для измерения давления воздуха и газа до макс. 500 мбар. С защитой от избы­точного давления до 2 бар. Данные ма­нометры, могут устанавли­ваться на газовых котлах и горелках, а также использоваться для измерения дифференцированного давления на воздушных трактах и фильтрах воздуш­ных трактах. Новые электронные мано­метры DMG могут применяться для из­мерения давления с высокой точностью и быстротой там, где раньше использо­вались манометры с отводом.

Манометр DMG 01 с цифровым индика­тором с электронным элементом, чувст­вительным к давлению, для измерения давления, дифференцированного дав­ления и разряжения имеет диапазон из­мерения от 0 до 500 мбар.

Манометры DMG оснащены удобным ци­фровым жидкокристаллическим индика­тором, который одновременно показыва­ет уровень заряда элемента питания. Надёжный, удобный в пользовании кор­пус в гладкой, легко очищаемой плёнке.

Диапазон измерения от 1 до 999 мбар, переключаемый в диапазон с точностью от 1 мбар, в диапазон с точностью 0,1 мбар. Прибор имеет автоматическую корректировку нулевой точки. Предус­мотрен присоединительный штуцер для шлангов 6 х 1 мм. Элемент питания 9 вольт на примерно 100 часов непрерыв­ной работы.

Технические характеристики.

Диапазон измерения: от 0 до 500 мбар. Индикатор: 12,7 мм LCD. Точность показания: + 1 % от значения шкалы.

Точность измерений: 0,1 мбар, от 0 до 199,9 мбар, 1 мбар от 200 мбар. Рабочая температура: от -10 до +50°С Корпус: 125 х 70 х 31 мм, синяя ударопрочная пластмасса. Измерительная линия: шланг KSt, размером б х 1 мм.

Элемент питания: MN 1604 - 9 В, срок службы: 100 часов непрерывной рабо­ты.

Рисунок 2.16 – Электронный манометр DMG 01

Вывод: в ходе модернизации манометра с индукционным датчиком системы автоматизации управления регулирования производства аммиака было достигнуто повышение точности показаний прибора и непосредственная передача информация на ЭВМ для анализа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках курсового проекта проведен анализ системы автоматизации управления регулирования производства аммиака. С точки зрения состава этой системы рассмотрены следующие элементы: электронный потенциометр с реостатным датчиком, манометр с индукционным датчиком, манометр с индукционным датчиком, термопара. Составлены классификации элементов, произведен подбор элементов для системы автоматизации управления регулирования производства аммиака, в соответствии с ее техническими характеристиками. Представлена методика расчета элементов. Произведена модернизация, обеспечивающая более широкий диапазон работы данной системы автоматического управления.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматические приборы и регуляторы (справочные материалы) под общей редакцией Б. Д. Кошарского. Машиностроение, 1964. .

2. Андриянов П. А. и Масленников И. М. Влияние распределенности параметров на динамические свойства теплообменников. Ж. хим. пром., № 12, 1963.

3. Боронихин А.С. Основы автоматизации производства железобетонных изделий. Учебник. М., «Высш. Школа», 1975. 285 с. с ил.

4. Гольцман В.А. Приборы контроля и средств автоматики тепловых процессов: Учеб. пособие для сред. проф. – техн. училищ. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1980. – 255 с., ил. – (Профтехобразование. Теплотехника).

5. Емельянов В.А., Калинина С.А. Практические расчеты в автоматике. – М.: Машиностроение, 1967.

6. Кулаков Н.Н, Казаков Н.К, Ос­новы автоматики и автоматизации химических производств,М., 1956.

7. П.А. Обновленский, П.А. Коротков, А.Л. Гуревич, Б.В. Ильин. Основы автоматики и автоматизации химических производств. – Л.: Химия, 608с.

8. Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – К.: Выща шк., 1991. – 461 с.: ил.