Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
1. Классификация исполнительных устройств
Исполнительное устройство служит для изменения регулирующего воздействия в соответствии с сигналом, подаваемым на его вход от управляющего устройства. Исполнительное устройство в общем случае состоит из усилителя, серводвигателя и регулирующего органа.
Регулирующий орган может быть выполнен в виде вентиля, клапана, задвижки, крана, шибера, заслонки и др., которые устанавливаются на трубопроводах и газоходах с протекающими по ним жидкостью, газом, паром и т. п. Иногда исполнительный механизм (серводвигатель и регулирующий орган) выполняется в одном блоке.
В зависимости от вида применяемой вспомогательной энергии исполнительные механизмы можно разделить на гидравлические, пневматические и электрические. Гидравлические и пневматические исполнительные механизмы характеризуются: а) простотой конструкции; б) большими выходными моментами или усилиями при малых габаритах; в) высоким к.п.д.; г) большой надежностью. По своей конструкции эти серводвигатели исполнительных механизмов можно разделить на: 1) поршневые двигатели; 2) мембранные двигатели; 3) шестеренчатые двигатели.
Электрические исполнительные механизмы характеризуются: а) разнообразием типов электродвигателей; б) простотой питания в промышленных условиях; в) легкостью получения больших скоростей. В качестве серводвигателей электрических исполнительных механизмов используются: 1) двигатели постоянного тока; 2) двигатели переменного тока; 3) соленоидные или электромагнитные двигатели. Последние применяются обычно для перемещения регулирующего органа клапанного типа.
Выбор того или иного типа исполнительного механизма зависит от типа применяемого регулирующего устройства. В нефтяной промышленности большое применение находят пневматические исполнительные механизмы, отличающиеся надежностью действия и полной безопасностью в пожарном отношении. Выбор исполнительного механизма обычно определяется следующими основными факторами: 1) применяемым видом вспомогательной энергии; 2) величиной и характером требуемого перестановочного усилия или мощности; 3) допустимой инерционностью; 4) желательными габаритами и весом; 5) зависимостью рабочих характеристик от внешних влияний; 6) надежностью.
Исполнительные устройства общепромышленного применения должны удовлетворять ряду требований, связанных с их рабочими и эксплуатационными характеристиками, а также с конструкцией самих устройств.
Исполнительное устройство должно обеспечить заданную точность и скорость отработки сигналов, поступающих на вход исполнительного устройства. Точность отработки сигналов определяет в свою очередь необходимую чувствительность устройства и, следовательно, параметры входящих в него усилителей. Обычно чувствительность исполнительных устройств должна лежать в пределах от единиц до сотен милливольт.
Скорость отработки или быстродействие исполнительного устройства определяется временем перемещения регулирующего органа из одного крайнего положения в другое при подаче на вход исполнительного устройства максимального сигнала. Это время зависит от скорости вращения приводного двигателя и передаточного отношения редуктора. Выбор быстродействия исполнительного устройства осуществляется в зависимости от известных динамических характеристик регулируемого объекта.
Для обеспечения требуемого качества регулирования исполнительное устройство должно отрабатывать с малыми искажениями сигнала в определенной полосе частот. Выбег выходного вала при снятии управляющего сигнала, а также люфты в исполнительном устройстве, ухудшающие качество переходного процесса, должны быть по возможности небольшими.
С целью устранения выбегов регулирующего органа применяется торможение электрического двигателя. В электрических исполнительных механизмах, с номинальным моментом до 25 кгм допустимый выбег выходного вала не должен превышать 0,5°, а для механизмов с номинальным моментом выше 25 кгм —°. С целью уменьшения времени разгона двигателя, т. е. инерционности исполнительного механизма, пусковой момент двигателя обычно выбирается в 2—,5 раза больше номинального момента. Время полного оборота выходного вала Тм и номинальный момент Мн на выходном валу электрических исполнительных механизмов выбираются в соответствии с ГОСТом на исполнительные механизмы. Для исполнительных устройств переменной скорости время полного оборота выходного вала определяется при максимальной скорости вращения двигателя и номинальной нагрузке.
Максимальный рабочий угол поворота выходного вала исполнительных механизмов может быть равным 90°, 120°, 180°, 270° —и для многооборотных механизмов 360°-n, где n —целое число.
Питание электрических исполнительных механизмов в соответствии с ГОСТ 7192—может осуществляться от сети переменного тока промышленной частоты 50 гц с напряжением 127, 220 или 300 в. Колебания напряжения сети в пределах от + 5 до —% от номинального значения не должны сказываться на нормальной работе исполнительного механизма.
Исполнительные механизмы должны иметь устройство дистанционного управления регулирующим органом. Кроме того, для ручного перемещения регулирующего органа исполнительные механизмы с номинальным моментом на выходном валу свыше 6 кгм должны иметь штурвалы.
Для отключения двигателя при достижении регулируемым органом крайних положений исполнительные механизмы должны иметь концевые выключатели. В случае многооборотных исполнительных устройств концевые выключатели должны допускать вращение вала на 360°n оборотов.
Исполнительные устройства должны надежно работать в промышленных условиях, а в некоторых случаях должно быть предусмотрено выполнение исполнительного механизма для работы во взрывоопасной среде.
Исполнительные устройства должны быть надежными и простыми в эксплуатации. С этой точки зрения предпочтение следует отдать бесконтактным исполнительным устройствам.
Исполнительные устройства с электродвигательным приводом в свою очередь можно разбить на две подгруппы: с контактным и бесконтактным управлением электродвигателем.
Для управления исполнительным двигателем исполнительного устройства с контактным управлением, применяются реле и контакторы, обеспечивающие включение, отключение и реверсирование двигателя. Исполнительные устройства этой группы обычно выполняются с постоянной скоростью перемещения регулирующего органа независимо от величины управляющего сигнала, подаваемого на вход исполнительного устройства.
Принципиально можно получить и переменную скорость вращения вала исполнительного устройства с контактным управлением, если использовать импульсный режим работы двигателя. Однако такие исполнительные устройства имеют пока ограниченное применение.
Большинство исполнительных устройств постоянной скорости выполняются с реверсивными схемами управления двигателями.
Наряду с этим имеются исполнительные устройства постоянной скорости, в которых двигатели всегда вращаются в одном направлении, например, двухпозиционные исполнительные механизмы типов ДР и ДР-1.
Исполнительные устройства с нереверсивным электродвигателем по конструктивному выполнению могут быть с вращательным движением выходного вала или с поступательным перемещением выходного штока. В некоторых исполнительных устройствах (например, типов ПΡ и ДР) предусмотрено по выбору вращательное или поступательное движение.
Исполнительные устройства с вращательным движением выходного вала в зависимости от конструкции приводимого ими регулирующего органа могут выполняться как однооборотные, так и многооборотные или постоянно вращающиеся. Многооборотные исполнительные механизмы предназначены в основном для перемещения запорных вентилей и задвижек.
В исполнительных устройствах с бесконтактным управлением для управления двигателями могут быть использованы электронные, магнитные или полупроводниковые усилители, а также их комбинации.
Бесконтактные исполнительные устройства могут быть выполнены с переменной и постоянной скоростью вращения выходного вала. В этих исполнительных устройствах целесообразно применять только реверсивные схемы управления двигателем, обеспечивающие остановку регулирующего органа в любом промежуточном положении.
Бесконтактные исполнительные устройства по конструктивному выполнению могут иметь также вращательное движение выходного вала или поступательное движение выходного штока. Устройства с вращательным движением могут быть однооборотными, многооборотными или постоянно вращающимися.
Приведенная классификация охватывает только основные типы исполнительных устройств.
2. Пневматические исполнительные механизмы
Принцип действия пневматического исполнительного механизма основывается на том, что закрепленная между крышками 1 и 2 мембрана 3 (рис. 1) прогибается в зависимости от разности давлений, создаваемых с одной стороны воздухом, с другой стороны —пружиной 7. Пружина одним концом упирается в мембрану с помощью металлического диска 5 и направляющей стакана 6, а другим концом —в неподвижный кронштейн 8. Давление воздуха на мембрану подается при помощи штуцера 4. К центру стакана 6 прикреплен шток 9 привода, который при помощи гайки 10 соединяется со штоком 11 золотника 12. Золотник 12 имеет возможность перемещаться внутри седла 13 корпуса клапана 14.
При отсутствии давления воздуха на мембрану золотник под действием пружины поднимается вверх, и клапан открывается. Когда на мембрану подается давление воздуха, золотник перемещается вниз, и клапан закрывается. С помощью диска 15 и шкалы 16 можно наблюдать за положением золотника. Корпус клапана снабжен сальником 17. Предварительное сжатие пружины производится с помощью гайки 18. Опора 19 и шариковый подшипник 20 облегчают регулировку степени сжатия пружины и предотвращают скручивание мембраны. Для большей части исполнительных механизмов давление воздуха на мембрану меняется исполнительного механизма.
от 0 до 1 кгс/см2.
Для создания лучшей характеристики работы мембранного серводвигателя желательно предварительное натяжение пружины.
На рис. 2 показан исполнительный механизм без пружины. Вместо пружины на мембрану воздействует давление регулируемой среды. Этот тип исполнительных механизмов устанавливается на линиях подачи газа при регулировании температуры. Если давление воздуха над мембраной падает, то золотник поднимается и клапан прикрывается, и наоборот. При .неизменном давлении воздуха над мембраной исполнительный механизм автоматически поддерживает неизменное давление газа после клапана, так как незначительные отклонения давления газа от величины, равной давлению воздуха, вызывают перемещения мембраны золотника, направленные в сторону поддержания этого давления. Исполнительный механизм с мембранным приводом может быть использован для приведения в действие поворотной заслонки. Для этого шток мембранного привода соединяется с рычагом, свободный конец которого может быть соединен тягой с заслонкой. При конструировании мембранных исполнительных механизмов диаметр мембраны выбирается с учетом сил, противодействующих движению золотника и штока клапана. Пружина привода, служащая для возвратного перемещения золотника, штока и мембраны, должна быть достаточно сильной, чтобы сохранить одинаковые положения золотника при обратном ходе. Между давлением воздуха над мембраной и перемещением или ходом золотника сохраняется почти прямолинейная зависимость. Некоторые отклонения от прямолинейности имеют место вследствие изменения рабочей площади мембраны при ее прогибе. Однако эти отклонения не превышают 1—% от хода золотника.
Для пневматических исполнительных механизмов весьма существенной является величина гистерезиса. Допустимая величина гистеризиса, т. е. разница между прямым и обратным ходом, не должна превышать 2% полного хода золотника. Величина гистерезиса в значительной степени зависит от силы трения в сальнике штока клапана, которая может в значительной степени возрасти вследствие плохой смазки и тугой затяжки, что в конечном счете может привести к возникновению недопустимо большой зоны гистерезиса. Поэтому при эксплуатации необходимо следить за наличием смазки в сальнике и за его набивкой.
Рис. 1. Устройство пневматического исполнительного механизма.
Рис. 2. Устройство пневматического исполнительного механизма без пружины.
3. Гидравлические исполнительные механизмы
Гидравлические исполнительные механизмы обычно выполняются поршневыми или шестеренчатыми. Поршневые исполнительные механизмы выполняются однопоршневыми и многопоршневыми. Однопоршневые механизмы, в свою очередь, разделяются на механизмы одностороннего и двустороннего действия с поступательным и вращательным движением. Принцип действия поршневых исполнительных механизмов основан на том, что создаваемая разность усилий, действующих с двух сторон на поршень, вызывает соответствующее перемещение поршня.
На рис. 3 α показан разрез и общий вид поршневого исполнительного механизма без регулирующего органа.
На рис. 3 б показан поршневой исполнительный механизм с кривошипной передачей и общий вид исполнительного механизма с регулирующим органом.
На рис. 3 в показан исполнительный механизм с вращательным движением поршня двустороннего действия без регулирующего органа. В поршневых исполнительных механизмах, работающих при больших давлениях, следует обращать особое внимание на уплотнение в местах трения.
Существенной характеристикой исполнительного механизма является время полного хода, т. е. время, в течение которого поршень серводвигателя переместится из одного крайнего положения в другое при полностью открытом подводе рабочей жидкости к двигателю.
Время полного хода механизма можно определить из выражения
(1)
где —максимальное проходное сечение трубопровода, подводящего рабочую жидкость к механизму, см2;
— максимальный рабочий ход поршня серводвигателя, см; F—площадь поршня серводвигателя, см2;
—удельный вес рабочей среды, кг/см3;
P - рабочее давление, кгс/см2;
Q — суммарная нагрузка на серводвигатель, кг;
g — ускорение силы тяжести.
Рис. 3. Гидравлические исполнительные механизмы: а —поршневой без регулирующего органа; б —поршневой с кривошипной передачей; в —поршневой с вращательным движением поршня двухстороннего действия без регулирующего органа.
Многопоршневые исполнительные механизмы
На рис. 4 изображен многопоршневой исполнительный механизм, принцип действия которого сводится к следующему. К нескольким цилиндрам 1, размещенным по периферии в теле массивного ротора 2, который вращается в корпусе 3, подводится по каналу 4 поочередно масло под давлением. Поршни 5, перемещаясь под давлением масла через шарнирные сочленения 6, воздействуют на наклонно расположенный диск 7. Усилие, с которым действует каждый поршень на диск, разлагается на нормальное к плоскости диска, гасящееся упором, и тангенциальное, создающее вращающий момент на диск относительно его оси вращения. Диск, вращаясь, поворачивает ротор и тем самым подводит очередной поршень к каналу 4. При обратном холостом ходе поршня масло свободно выливается наружу по каналу 8.
Рис. 4. Многопоршневой исполнительный механизм.
Изменением наклона диска можно изменить рабочий ход поршней, а следовательно и мощность двигателя. Количество рабочих цилиндров обычно колеблется в пределах от 5 до 9. Рабочий угол α наклона диска 7 к вертикальной плоскости изменяется обычно в пределах 12—°.
Исполнительные механизмы данной конструкции позволяют получить большой крутящий момент в небольших габаритах. Инерционность исполнительного двигателя в переходном режиме весьма незначительна.
Шестеренчатые исполнительные механизмы
Принцип действия шестеренчатого исполнительного механизма, изображенного на рис. 5, состоит в следующем. Рабочая жидкость под давлением подводится к отверстию в корпусе 1 механизма и, воздействуя на зубцы шестерен 2 и 3, заставляет последние вращаться. Жидкость под давлением создает соответствующий вращающий момент на валу шестерни 3. С помощью регулировки давления рабочей жидкости можно менять вращающий момент механизма. Шестеренчатый механизм в динамическом режиме обладает весьма малой инерционностью.
Рис. 5. Шестеренчатый исполнительный механизм.
4. Электрические исполнительные механизмы с контактным управлением электродвигателем
Электрические исполнительные механизмы находят широкое применение для перемещения регулирующих органов (дроссельных заслонок, клапанов, кранов, реостатов и т. п.).
Для пропорционального регулирования используются электрические исполнительные механизмы типа ПР-1 (рис. 6). Он состоит из двух асинхронных двигателей 1: одного для прямого и другого —для обратного вращения. Мощность каждого двигателя 60 вт, напряжение питания 120/220 в.
Рис. 6. Электрический исполнительный механизм.
Исполнительный механизм имеет шестеренчатый редуктор 2, концевые выключатели 3 и реостатный датчик обратной связи 4. С помощью подбора сменных шестерен редуктора можно регулировать в широких пределах скорость вращения выходного вала исполнительного механизма. Механизм может сообщать регулирующему органу как вращательное, так и поступательное движение. Вращательное движение передается через вал 5, а поступательное —через шток 6. Исполнительный механизм помещается в литом корпусе 7, позволяющем крепить его в нужном положении. Габаритные размеры его указаны на рис. 6.
Рис. 7. Исполнительный механизм КДУ-МР.
На рис. 7 изображен исполнительный механизм типа КДУ-МР с закрытой крышкой колонки.
Исполнительный механизм типа КДУ-МР развивает крутящий момент на выходном валу до 30 кгм, а КДУ-ВР - до 150 кгм.
Исполнительный механизм типа КДУ состоит из червячного редуктора, трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором и колонки, в которой размещены вспомогательные элементы. В колонке размещены контакты однофазных концевых выключателей, реостатный датчик, являющийся датчиком дистанционного указателя положения, и селеновый выпрямитель, служащий для питания датчика-указателя. Исполнительный механизм снабжается вольтметром постоянного тока, шкала которого градуирована в процентах.
Рис. 8. Исполнительный механизм ИМ-2/120.
Рис. 9. Исполнительный механизм ИМ-2/2,5.
Полный рабочий ход исполнительного механизма лежит в пределах от 45 до 2400 угла поворота выходного вала. Время прохождения рабочего хода составляет соответственно от 15 до 85 сек. Угол поворота выходного вала ограничивается концевыми выключателями. С целью уменьшения выбега исполнительный механизм снабжается электротормозом. Для перемещения регулирующего органа вручную редуктор снабжен штурвалом.
Исполнительный механизм ИМ-2/120 (рис. 8) состоит из электропривода 1 (ЭП-93), редуктора 2, двух концевых выключателей 3, реостата обратной связи и кривошипа для соединения с регулирующим органом. Все эти узлы размещены в чугунном корпусе 11 с крышкой 15. Электропривод ЭП-93 состоит из асинхронного реверсивного двигателя Д-91 и понижающего редуктора. Питание двигателя осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 в через нормально закрытые контакты. Момент на выходном валу электропривода равен 13,4 кгсм. Выходной вал 6 с регулирующим органом соединяется через кривошип 7. На конце вала 6 укреплены два рычага 8 и 9 для управления концевыми выключателями. Когда исполнительный механизм придет в крайнее положение, один из рычагов 8 или 9 размыкает контакт, и двигатель останавливается. Дальнейший пуск двигателя может быть осуществлен только в обратную сторону, причем напряжение подается через другой концевой выключатель. С помощью реостата 4 и ползуна 5 осуществляется обратная связь системы регулирования. Подвод внешних проводов к двигателю производится через штуцер 17 с резиновым кольцом и зажимы 10. При помощи гайки 12 и болта 13 осуществляется установка кривошипа в нужном положении. Настройка концевых выключателей производится винтом 14 с пружиной.
Для уменьшения выбега в цепь двигателя включаются тормозные сопротивления по 3000—Ом.
На рис. 9 показан исполнительный механизм типа ИМ-2/2,5, который состоит из двигателя и редуктора, соединенных при помощи муфты. Двигатель асинхронный, трехфазный, переменного тока 50 гц, с напряжением питания 330/220 в, мощностью 150 вт и скоростью вращения ротора 1370 об/мин. Редуктор червячный с передаточным числом 1 : 50. На конце вала редуктора укреплены концевые выключатели, закрытые специальной коробкой. Исполнительный механизм ИМ-2/2,5 имеет длину 430, ширину 370 и высоту 230 мм. Общий вес механизма 19 кг. Номинальный момент на валу механизма 4 кгм.
5. Регулирующие органы
Регулирующий орган в системе регулирования воздействует непосредственно на объект регулирования обычно путем изменения количества подводимой к объекту регулируемой среды. При выборе регулирующего органа необходимо согласовать его характеристики с характеристикой работы других элементов системы регулирования.
Выбор регулирующего органа обычно определяется следующими основными факторами: 1) физическими свойствами регулирующей среды; 2) требуемым характером воздействия на регулируемую среду; 3) надежностью.
По принципу действия регулирующие органы можно разделить на неэлектрические и электрические.
К неэлектрическим регулирующим органам относятся: 1) регулирующие клапаны (вентили); 2) регулирующие заслонки (задвижки); 3) комбинированные устройства.
К электрическим регулирующим органам следует отнести: 1) реостаты; 2) фазовращатели.
Регулирующие клапаны
Как уже отмечалось, регулирующий клапан служит для изменения количества подводимого к объекту регулирования потока жидкости, пара, газа, воздуха и т. д. Изменение потока производится степенью открытия проходного сечения клапана. Клапаны изготовляются размером от 6 до 400 мм. Клапаны бывают односедельные (рис. 10 а) и двухседельные (рис. 10 б). Двухседельные клапаны получили большое распространение благодаря меньшему усилию, необходимому для их перемещения по сравнению с односедельными.
Рис. 10. Регулирующие клапаны: а —односедельные; б —двухседельные.
Рабочая поверхность клапана может быть выполнена как плоской (рис. 11 а), так и конической (рис. 11 б). Если угол конуса (рис. 11 в) имеет минимальную величину, равную 15—°, то клапан называется игольчатым. Регулирующие клапаны с точки зрения гидравлической характеристики можно разделить на пропорциональные, параболические и логарифмические. На рис. 12 показан регулирующий клапан с пропорциональной характеристикой. Проходное отверстие его выполнено в седле в виде цилиндрического отверстия с небольшой фаской. Тарелка плунжера имеет форму усеченного конуса. Клапан имеет прямолинейную зависимость между подъемом плунжера и проходным сечением. Регулирующие пропорциональные клапаны применяются почти исключительно при двухпозицион ном регулировании в объектах с большим коэффициентом емкости. Для обеспечения более устойчивого регулирования применяются клапаны с проходным сечением в виде равнобедренных треугольников. В них зависимость, между подъемом плунжера и проходным сечением имеет параболический характер, вследствие чего их называют параболическими.
Рис. 11. Рабочие поверхности клапанов.
Рис. 12. Регулирующий клапан с пропорциональной характеристикой.
Клапаны, у которых зависимость между подъемом плунжера и проходным сечением выражается логарифмической функцией, называются логарифмическими.
Регулирующие клапаны можно разделить на клапаны прямого и обратного действия. В клапанах прямого действия при опускании плунжера вниз проходное отверстие закрывается. В клапанах обратного действия при движении плунжера вниз проходное отверстие открывается.
Большую часть выпускаемых клапанов можно перевести с прямого на обратное действие без существенных переделок.
При выборе регулирующего клапана следует учитывать характер его работы. Например, если требуется установить клапан для регулирования давления пара, поступающего в объект, и он устанавливается на главном трубопроводе, то клапан должен быть прямого действия. Выполнение этого условия предусматривает бесперебойную подачу пара в объект в случае порчи клапана. При регулировании подачи газа к печам, наоборот, следует установить клапаны обратного действия. В этом случае при порче регулятора клапан приоткроет доступ топливного газа в печь. В месте установки регулирующих клапанов необходимо предусматривать обводные линии, чтобы на случай неисправности клапана иметь возможность пропустить поток, минуя неисправный участок. Расход регулируемого вещества (несжимаемой жидкости) через проходное сечение клапана определяется уравнением
(2)
где Q —расход, м3/сек;
- безразмерный коэффициент расхода;
F —площадь проходного сечения, м2, изменяющаяся в результате перемещения штока; h —перепад давления перед клапаном и после клапана, кгс/м2;
— объемный вес протекающего вещества, кг/м3;
g —ускорение силы тяжести, м/сек2.
В приведенной формуле при линейно измеряющейся площади проходного сечения F и постоянном значении —2g отклонение расхода от линейной зависимости может происходить за счет изменения величины коэффициента расхода. Поэтому для получения характеристики клапана, близкой к идеальной, необходимо, чтобы его конструкция обладала формой, учитывающей изменение коэффициента расхода при перемещении плунжера. Это достигается за счет профиля рабочей поверхности клапана.
Идеальная характеристика клапана сохраняется лишь при постоянном перепаде давления, в противном случае рабочая характеристика отличается от идеальной.
Параболистическая характеристика клапана может быть выражена уравнением параболы с вершиной в начале координат
(3)
где у —ход штока клапана, %;
Q —расход среды, протекающей через клапан, %;
А —постоянный коэффициент, который определяется экспериментально для данной конструкции клапана.
Чтобы получить логарифмический закон изменения проходного сечения клапана, необходимо иметь профиль проходного сечения, удовлетворяющий зависимости:
где А и С — постоянные коэффициенты, определяемые опытным путем для данной конструкции клапана.
Конструкция клапана с логарифмической характеристикой приведена на рис. 13. Клапан состоит из корпуса 1 с фланцем 2. Внутри корпуса сделано седло 3, в которое входит плунжер 4 с переходными окнами. Последние расположены в два яруса и имеют очертания, отвечающие логарифмической кривой. К верхней части плунжера прикреплен шток 5. С верхней и нижней частей корпус закрывается крышками 6 и 7. Для уменьшения трения в клапане установлен сальник 8.
Рис. 13. Регулирующий клапан с логарифмической характеристикой.
Уплотнение в сальнике достигается подачей на шток с помощью масленки 9 и винта 10 густой смазки, заполняющей полость специальной втулки 11.
Регулирующие заслонки
Регулирующие (дроссельные) заслонки получили широкое применение для регулирования потока газа и пара при небольшом избыточном давлении или вакууме в трубопроводах большого диаметра. Это объясняется их конструктивной простотой, достаточно хорошими регулировочными свойствами и небольшими потерями давления. Прямоугольные заслонки имеют наименьшую зависимость между степенью открытия и приростом проходного сечения.
Рис. 14. Регулирующая заслонка с мембранным приводом пневматического действия.
На рис. 14 показана регулирующая заслонка с пневматическим мембранным приводом. Заслонки могут иметь также гидравлический и электрический приводы. Заслонка является регулирующим органом неуравновешенного типа. При протекании через заслонку газа или другого вещества возникает реактивный вращающий момент, который стремится закрыть заслонку.
Величина реактивного момента может быть определена по формуле
кг/см,
где — коэффициент, зависящий от угла поворота заслонки; h —перепад давления газа, кгс/см2; d —диаметр заслонки, см.
Диаметр круглой заслонки, предназначенной для газов и воздуха, может быть определен по формуле
(4)
где d —диаметр заслонки, см;
Q —максимальный расход газа или воздуха, м3/час
—вес единицы объема газа или воздуха, кг/м3; h —перепад давления в заслонке, мм вод. ст.
Для регулирования газовых потоков в трубопроводах большого сечения применяются поворотные многолопастные регулирующие заслонки.
Регулирующие электрические органы
В качестве электрических регулирующих органов применяются реостаты, угольные столбы и фазовращатели.
Реостаты обычно применяются проволочные с плавным или ступенчатым изменением сопротивления. В некоторых случаях применяются жидкостные реостаты. Ввиду неэкономичности этого способа регулирования он имеет ограниченное применение, особенно в мощных цепях. Угольные столбы применяются при небольшой мощности в цепи.
Фазовращатели находят широкое применение для регулирования скорости исполнительных двигателей постоянного тока, питаемых от ионных приборов. В качестве фазовращателей используются фазовращающие мосты, индукционные фазовращатели и др. В фазовращающем мосте вращение фазы осуществляется посредством изменения величины активного r или реактивного x сопротивлений, включенных в плечи фазового моста. В индукционном фазовращателе вращение фазы осуществляется путем поворота ротора.
Характеристики регулирующих органов.
Регулирующие органы принято оценивать по ряду показателей, наиболее важными из которых являются: пропускная способность, диаметр условного прохода, характеристики - конструктивная и расходные.
Зависимость между расходом вещества и площадью проходного сечения, образуемого затвором регулирующего органа, определяется по формуле:
где - коэффициент расхода, f- площадь проходного сечения, м2, ρ - плотность потока, кг/м3, Р - перепад давления на затворе, Н/м2.
При перепаде давления Р расход вещества через регулирующий орган определяется площадью проходного сечения f и коэффициентом α. Для определения диаметра клапана универсальных формул нет. Для каждой конструктивной разновидности регулирующего органа имеются свои значения коэффициента расхода. Ниже приводятся формулы, наиболее часто используемые при расчете регулирующих органов.
После преобразования формула для расхода запишется в виде
Kv - коэффициент, называемый пропускной способностью и имеющий размерность м2.
Kv = A f , где А - числовой коэффициент.
Из последней формулы следует, что при прочих равных условиях величина Kv зависит от проходного сечения регулирующего органа. А это значит, что каждому положению затвора соответствует определенное значение Kv. При полном открытии регулирующего органа пропускная способность максимальна.
Коэффициент Kv позволяет сравнить между собой регулирующие органы различных видов и размеров. Так как плотность сжимаемой среды (газ, пар) за регулирующим органом меньше, чем перед ним, то при определении расхода Q по уравнению в него вводятся соответствующие поправки на сжимаемость.
Ниже приводятся формулы, по которым определяют пропускную способность Kv клапанов и заслонок.
Для жидкости
Для газов
При
При
Для пара
При
При
здесь Q - расход жидкости, м3 /с; Р1 - давление перед регулирующим органом, Н/м2 ; Р2 - давление за регулирующим органом, Н/м2 ; - плотность жидкости, кг/м3; Qн - расход газа при 0°С и 760 мм рт. ст., м3/с; н - плотность газа при 0 0С и 760 мм рт. ст., кг/м3 ; Т1 —абсолютная температура газа до регулирующего органа, К; W - расход пара, кг/с; 2 - плотность пара при Р2 и t1; 1 - плотность пара при 0,5 P1 и t1.
Обычно определяют максимальную пропускную способность KV max, которая имеет место при наименьшем перепаде давления. Условная пропускная способность KVy должна быть ближайшей большей по отношению к KV max. По найденному значению KVy и выбранной характеристике регулирующего органа определяют диаметр условного прохода Dy.