2 Виконавчі пристрої електричних регуляторів. Будова принцип роботи.

За принципом дії електричні виконавчі механізми поділяються на електромагнітні (соленоїдні) і електрорухаючі. Електромагнітними виконавчими механізмами є електромагніти великої потужності, що перетворюють електричний сигнал в переміщення регулюючого органу. Оскільки соленоїдні виконавчі механізми характеризуються релейністю дії, їх зазвичай застосовують в схемах двопозиційного регулювання з регулюючими органами невеликих розмірів.

Для роботи з іншими регуляторами (наприклад, системи АКЕСР) застосовують електрорухаючі виконавчі механізми.

У електрорухаючих виконавчих механізмах використовують як керовані, так і некеровані двигуни. У виконавчих механізмах з некерованим двигуном керованим елементом, служить муфта, яка залежно від сигналу, що поступає на неї, частково або повністю передає крутний момент, що створюється безперервно працюючим двигуном, на вихідний вал.

Виконавчі механізми з керованим двигуном підрозділяються на контактні і безконтактні. Для управління регулюючими органами в безконтактних системах автоматичного регулювання і дистанційного керування застосовують виконавчі механізми типу МЕО. Принцип дії механізму заснований на перетворенні електричного сигналу за допомогою малоінерційного асинхронного електродвигуна і редуктора в обертальний рух з постійною швидкістю. Управління механізмом може бути безконтактне - за допомогою магнітних підсилювачів УМД-160 і контактне - за допомогою реверсивних контактних пускових пристроїв (магнітних пускачів МКР-0-58).

Виконавчий механізм показаний на рис. 11. Редуктор є основним вузлом, на якому змонтовані всі елементи механізму. Для приводу механізмів застосовують двофазні реверсивні електродвигуни типу ДАУ, що допускають тривалу роботу в стопорному режимі. Перехід на ручне управління механізмів здійснюється поворотом маховика ручного приводу. Електромагнітне гальмо призначене для зменшення вибігання і фіксації вихідного валу в будь-якому положенні після зникнення сигналу, що управляє. Для зворотного зв'язку і дистанційної вказівки положення вихідного валу в механізмі застосовують, наприклад, блок датчика БДР, що складається з двох реостатних датчиків з опором 120 Ом і чотирьох мікроперемикачів. Механізм сполучений з вузлом управління регулюючого органу сполучною тягою. Виконавчий механізм може працювати в режимі повторно-короткочасному реверсивному з ПВ-25% при номінальному моменті з числом включень до 300 протягом 1 години.

Рисунок. 11 - Виконавчий механізм типу МЕО:

1 - редуктор; 2 - вузли упорів; 3 - електродвигун; 4 - важіль; 5 - штуцерне введення; 6 - блок датчиків; 7 - ручний привід.

3 Розробити схему автоматизації стабілізації температури в колоні абсорбції виробництва неконцентрованої азотної кислоти.

1. складається з колони абсорбції і двох холодильників, — на лініях абсорбенту і газової суміші (рис. 1) Показником ефективності процесу є концентрація У_к видаляємого компоненту в збідненій суміші, а метою управління - досягнення певного значення цієї концентрації.

Рисунок 1 - Схема автоматизації процесу абсорбції:

1,3 — холодильники, 2 — колона абсорбції.

Концентрація Y_к визначається різницею кількостей видаляємого компоненту, що поступає з газовою сумішшю і поглинається з неї абсорбентом. Кількість компоненту, що поступає в колону, однозначно визначається витратою газової суміші F_с і початковою концентрацією в ній видаляємого компоненту Y_н. Кількість компоненту, який переходить з газової фази в рідку, в основному залежить від рушійних сил на вході в апарат ∆₁ і на виході з апарату ∆₂, тобто від положення робочої і рівноважної ліній процесу (рис. 2). Положення рівноважної лінії визначається температурою і тиском процесу (рис 3), а положення робочої лінії - початковою і кінцевою концентраціями компоненту в обох фазах. Якщо мета управління досягнута, концентрація Y_к буде постійною; у рідкій фазі (Х_к) вона визначається питомою витратою рідини F_а/F_c (де F_a - витрати абсорбенту).

Таким чином, концентрація Y_к залежить від витрат газової суміші, концентрацій Х_н і У_н, відношення витрат F_a/F_c, температури і тиску в апараті.

Зміни витрати газовій суміші можуть бути сильними обуреннями, тому витрату газу необхідно стабілізувати.

Концентрації Х_н і У_н визначаються режимами інших технологічних процесів, з їх зміною до об'єкту вноситимуться збуджуючі дії Відношення витрат F_a/F_c можна підтримувати постійним, стабілізуючи обидві витрати.

Температура в абсорбері залежить від багатьох параметрів: температури, теплоємності і витрат газової і рідкої фаз, інтенсивності масообміну між фазами, втрат тепла в навколишнє середовище. У даному абсорбері не передбачено внутрішнє охолоджування, тому обмежуються стабілізацією температур абсорбенту t_a і газової суміші t_с на вході в абсорбер, що досягається зміною витрат холодних носіїв. Тиск в абсорбері доцільно стабілізувати зміною витрат збідненої суміші

Рисунок 2 - Діаграма Х—У:

Х і У — вміст компоненту, що поглинається, в рідині і газі.

Отже, стабілізувати всі параметри, що впливають на показник ефективності, практично неможливо. Тому у якості регульованої величина слід взяти концентрацію У_к, а регулюючі дії реалізувати зміною відношення витрат F_а / F_с Для поліпшення якості регулювання показника ефективності треба передбачити вузли регулювання витрат F_c, температур t_a і t_с, тиску в колоні. У нижній частині абсорбера повинна знаходитися деяка кількість рідини, що забезпечує гідравлічний затвір, що виключає надходження газової суміші з абсорбера в лінію насиченого абсорбенту і дозволяє регулювати тиск в абсорбері Постійна кількість цієї рідини підтримується регулюванням рівня в абсорбері, що забезпечується зміною витрат насиченого абсорбенту.

а	б
Рисунок 3 - Вплив тиску (а) і температури (б) на процес абсорбції Х і У вміст компоненту, що поглинається, в рідині і газі.

Розв’язок типових задач

Регулювання концентрації поглингаємого компоненту в насиченому абсорбенті. Така мета управління часто ставиться при проведенні процесу абсорбції у виробництві кислот. У цьому випадку з газової суміші необхідно поглинати таку кількість компонента, яке б забезпечило сталість концентрації У_к. В якості основного регульованого параметра варто брати цю концентрацію (часто використовують також щільність продукту), а регулюючий вплив має здійснюватися зміною витрати абсорбенту. При цьому датчик складу з метою зменшення запізнювання може бути встановлений не на лінії насиченого абсорбенту, а в кубі колони.

Регулювання складу при змінах витрат газової суміші. Якщо витрати газової суміші визначається технологічним режимом попереднього процесу, то стабілізувати їх не можна, а такі зміни є для абсорбера сильними збудженнями. Для якісного регулювання процесу ці збудження слід компенсувати до розповсюдження їх в об'єкті. Це завдання вирішує регулятор співвідношення витрат газової суміші та абсорбенту з корекцією за концентрацією У_к.

Якщо на установку надходить суміш постійного складу, то виключається один із сильних збуджуючих впливів. Тоді достатньо замість регулювання концентрації У_к, можна обмежитися стабілізацією витрат газової суміші та абсорбенту. Якщо при цьому витрати газової суміші змінюються в часі, встановлюють регулятор співвідношення витрат газової суміші абсорбенту без корекції за концентрацією.

Регулювання процесу ізотермічної абсорбції. Деякі процеси абсорбції протікають з великим виділенням тепла, що погіршує масопередачу. У зв'язку з цим виникає необхідність у відборі частини тепла з абсорбера, для чого встановлюють охолоджуючі змійовики безпосередньо в колоні. Витрати холодоносія, що подається в змійовик, повинні визначатися тепловим режимом всього абсорбера. Якщо змійовики встановлені по всій висоті абсорбера, то параметром, що характеризує тепловий режим абсорбера, є температура холодоносія на виході з нього. Якщо ж змійовики встановлені тільки в нижній частині абсорбера, регульованою величиною є температура насиченої абсорбенту.

Регулювання перепаду тиску в колоні. Деякі конструкції абсорбційних колон дуже чутливі до порушення гідродинамічного режиму: навіть незначні зміни швидкості газу в колоні ведуть до нестійких режимів її роботи. У цих випадках слід стабілізувати не тиск, а перепад тиску в колоні зміною витрат збідненої газової суміші.

Регулювання процесу в умовах рециклу абсорбенту. У деяких випадках абсорбент, що виходить з куба колони, лише частково відбирається з установки, більша ж частина його повертається в колону в якості рециклу. Рівень у колоні при такій технології регулюють зміною витрат насиченого абсорбенту, виведеного з установки, а концентрацію У_к - зміною витрат свіжого абсорбенту.

Регулювання складу абсорбенту, що надходить у абсорбційну колону (рис. 4). Абсорбент, що повертається з ділянки десорбції, може містити деяку кількість компонентів газової суміші, що значно погіршує процес абсорбції. У цьому випадку необхідно постійно виводити частину відпрацьованого абсорбенту із системи і вводити таку ж кількість свіжого. Це здійснюється в спеціальній ємності, яка встановлюється між абсорбером і десорбер. При цьому склад абсорбенту на вході в абсорбер стабілізують зміною витрати свіжої абсорбенту. Баланс між витратами свіжого і відпрацьованого абсорбенту, що виводиться із системи, підтримується за допомогою регулятора рівня, що впливає на витрату зливається абсорбенту.

Рисунок 4 – Схема регулювання складу абсорбенту, що поступає в колону.

Регулювання за збуренням (використання багатоконтурних систем). Якщо в об'єкт надходять обурення у вигляді зміни складу і витрати вихідної суміші, то витрата абсорбенту доцільно змінювати залежно від цих параметрів, т. е. використовувати регулювання за збуренням. На схемі (рис. 5) показана двоконтурна система, що здійснює таке регулювання.

Рисунок 5 – Схема регулювання за збудженням за умов змінних витрат та складу вихідної суміші.

Завдяки використанню багатоконтурних систем можна значно поліпшити якість регулювання процесу і при наявності інших збурень. В якості допоміжних параметрів вибирають витрата абсорбенту - при регулюванні концентрації витягується компонента в збідненої суміші; витрата холодоносія - при регулюванні температур газової суміші та абсорбенту, виведених з холодильників; витрата насиченого абсорбенту - при регулюванні рівня.