Автоматические регуляторы давления прямого действия
Главная > Публикации > Статьи > Регуляторы давления прямого действия. Обзор
Регуляторы давления прямого действия.
Часть1. Обзор типов и функций.
Регулятор давления прямого действия — это автоматически действующее автономное устройство, состоящее из регулирующего клапана, снабженного приводом, управляемым чувствительным элементом, реагирующим на давление рабочей среды, без применения постороннего источника энергии
Регуляторы давления прямого действия представляют собой конструкции автоматически действующей арматуры, снабженные чувствительным элементом, управляющим приводом плунжера. Чувствительным элементом (датчиком командных сигналов) служит резиновая мембрана или поршень. Силовое (компенсирующее) воздействие на регулирующую систему, включающую чувствительный элемент, осуществляется грузом или предварительно настроенной пружиной. Действие регулятора основано на использовании энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. С изменением давления на контролируемом участке изменяется степень открытия регулирующего органа регулятора в сторону, необходимую для восстановления исходного давления.
Классификация регуляторов давления прямого действия
Можно выделить три категории регуляторов давления, зависимости от того, в какой точке регулируется давление:
1. Регуляторы давления «после себя» (редукционные клапаны) – регулируют давление в точке, расположенной за клапаном, путем перекрытия потока среды для обеспечения заданного значения давления. Отбор среды в точке регулирования может быть как внешним (с помощью импульсной трубки), так и внутренним, через технологические отверстия внутри клапана. Регуляторы давления «после себя» предназначены для защиты от высоких давлений технологической арматуры и аппаратуры низкого давления, расположенных за клапаном.
2. Регуляторы давления «до себя» (перепускные клапаны) — это устройство, предназначенное для поддержания давления среды до клапана на требуемом уровне путём перепуска её через ответвление трубопровода или байпас. Они предназначены защиты систем энергоснабжения от нарастания дифференциального или избыточного давления путем перепуска излишнего количества теплоносителя из подачи в обратный трубопровод. Также при использовании перепускного клапана на байпасе насоса кроме регулирования напора обеспечивается работа насоса даже если система будет полностью перекрыта (исключается работа «на нагрузку»).
3. Регуляторы перепада давления (дифференциального давления) — предназначены для поддержания постоянного перепада давления на оборудовании путем ограничения избыточного давления при частичном закрытии двухходового регулирующего клапана, который таким образом принимает на себя повышенную потерю давления. Применяются в системах центрального теплоснабжения, на распределительных сетях центрального отопления, как балансировочная арматура в местах с различными доступными давлениями.
Регуляторыдавления имеют сравнительно простую конструкцию и, как правило, не требуют посторонних источников энергии, длинных электро- или пневмокоммуникаций. Груз или пружина обеспечивают компенсирующие (силовое) воздействие на подвижную систему, заставляя плунжер перемещаться, а мембранный или поршневой привод ограничивает перемещение плунжера в зависимости от давления среды на контролируемом участке.
Наиболее часто регулятор давления состоит из седельного клапана, снабженного мембранным пружинным приводом, рычажно-грузовые привода, которые применялись ранее, в настоящий момент встречаются очень редко и как правило на старых моделях. Мембрана в данном случае играет роль не только привода, но и роль чувствительного элемента. Производители регуляторов в зависимости от расчетов и поставленных задач применяют формованные мембраны различных диаметров. Здесь необходимо учитывать, что мембрана большого диаметра образует элемент повышенной чувствительности, при котором малые изменения давления будут приводить к резким перемещениям плунжера с большой амплитудой колебаний, когда возникает опасность работы регулирующего органа с ударами плунжера о седло. Малая плоская мембрана в свою очередь создает не только менее чувствительную систему, но благодаря повышенной жесткости несколько приближает астатический характер работы регулятора с резкими перемещениями плунжера к более спокойной работе пропорционального регулятора. Благодаря этим свойствам рабочих мембран разного диаметра имеется возможность выполнить регуляторы с различными динамическим и максимальным диапазонами регулирования давления. При использовании мембраны большего диаметра мы получаем меньшее максимальное значение регулируемого давления и динамический диапазон, а при меньшем диаметре рабочей мембраны соответственно более высокие значения. Плюс к этому на данные величины существенное влияние оказывают и применяемые рабочие пружины.
В качестве примера приведем регуляторы давления серии RD122D чешской фирмы LDM. В случае использования одного и того же пружинного элемента (например красный+желтый ) у регулятора RD122D 2311 25/150-xx с мембраной 63 см 2 диапазон настройки будет 30-210 кПа для ду 15-25 и 40-220 кПа у ду 32-50, а у RD122D 3311 25/150-xx с мембраной 26 см 2 диапазон настройки составит 150-550 кПа для диаметров от 15 до 50 мм. Если заменить желтый пружинный элемент на более жесткий черный то диапазоны регулирования изменятся на следующие:
у регулятора с мембраной 63 см 2 диапазон настройки станет 60-400 кПа для ду15-25 и 70-410 кПа у ду32-50, обозначение изменится на RD122D 2411 25/150-xx;
у регулятора с мембраной 26 см 2 диапазон настройки составит 220-1000 кПа для всех диаметров, обозначение иззменится на RD122D 3411 25/150-xx .
В финале данного обзора приведем несколько моделей регуляторов давления прямого действия, производимых заводом LDM s.r.o., Чехия:
RD102 V и RD103 V – серия регуляторов давления «после себя» PN16
RD122D V – регуляторы давления «после себя» PN25
RD102 D и RD103 D – серия регуляторов перепада давления PN16
RD122D – регуляторы перепада давления PN25
Источник
I.2. Автоматические регуляторы прямого действия
I. Классификация автоматических регуляторов.
Технико-экономические и эксплутационные показатели объектов управления.
Рассмотренные ранее характеристики объектов не дают полного представления о них, так как не раскрывают многих свойств и показателей объектов, значение которых необходимо для успешного решения задач управления объектами.
К числу технико-экономических и эксплутационных показателей объектов управления относятся: энергоемкость, КПД, надежность, уровень создаваемых помех, воздействие объекта на окружающую среду, чувствительность параметров объекта к изменению температуры, влажности и атмосферного давления, требования к параметрам питающего напряжения или другого энергоносителя, стоимость объекта, эксплутационные расходы, частота проведения регламентных работ и многие другие.
В процессе изучения объекта необходимо составить перечень его технико-экономических и эксплутационных показателей и провести все необходимые исследования, измерения, вычисления и т.д., дающие возможность получить числовые данные по этим показателям. Количество технико-экономических и эксплутационных показателей, их характеристики и оценки зависят от физической природы объекта и целей автоматизации. Знание технико-экономических и эксплутационных показателей объекта позволяет технически правильно выбрать и обосновать проектируемую систему автоматического управления объектом и средства для ее реализации и произвести оценку экономической эффективности системы.
Из краткого рассмотрения методов математического описания объектов видно, что цели автоматизации и физическая природа объекта определяют способы получения их математических моделей, которые с определенной достоверностью отражают реальные характеристики. Стремление к получению возможно более достоверной информации об объекте связано с большими трудозатратами и не всегда экономически оправдано. В дальнейшем будет показано, что применение самонастраивающихся систем в значительной мере компенсирует недостаток априорной информации об объекте и является наиболее перспективным направлением развития локальных систем управления.
Лекция 5
Автоматический регулятор–это средство автоматизации, получающее, усиливающее и преобразующее сигнал отклонения регулируемой величины и целенаправленно воздействующее на объект регулирования; он обеспечивает поддержание заданного значения регулируемой величины или изменение ее значения по заданному закону.
Автоматические регуляторы классифицируются в зависимости от назначения, принципа действия, конструктивных особенностей, вида используемой энергии и др.
По конструктивным признакам автоматические регуляторы подразделяются на аппаратные, приборные, агрегатные и модульные (элементные).
Регуляторы аппаратного типа конструктивно представляют собой техническое устройство, работающее в комплекте с первичным измерительным преобразователем. Аппаратные автоматические регуляторы работают независимо (параллельно) от средств измерения данного технологического параметра.
Регуляторы приборного типа работают только в комплекте с вторичным измерительным прибором. Приборные регуляторы не имеют непосредственной связи с первичным измерительным преобразователем.
Сигнал об отклонении регулируемой величины от заданного значения e(t) поступает на вход приборного регулятора от вторичного измерительного прибора. Для этого измерительный прибор имеет задающее устройство, на котором вручную устанавливается требуемое заданное значение регулируемой величины. Заданное значение g(t) в приборе сравнивается с действительным значением x(t) регулируемой величины, определяемым положением подвижной измерительной системы прибора, и разность e(t)= g(t)- x(t) подается на вход регулятора.
f(t)
Рис.1 Структурная схема регулятора.
6–измерительное устройство (служит для определения действительного значения регули- руемого параметра g(t) с учетом действующих на объект регулирования возмущений f(t)).
Таким образом, регуляторы приборного типа включаются последовательно с вторичным измерительным прибором.
Достоинством регуляторов приборного типа является то, что в этом случае не требуется установка дополнительных первичных измерительных преобразователей и прокладка линий связи от них до регуляторов; их недостаток–более низкие динамические свойства и надежность по сравнению с аналогичными параметрами регуляторов аппаратного типа.
Автоматические регуляторы, построенные по модульному (элементному) принципу, состоят из отдельных модулей (элементов), выполняющих отдельные операции. Входные и выходные сигналы модулей унифицированы. Это позволяет собирать автоматические регуляторы различного функционального назначения.
Автоматические регуляторы, построенные по агрегатному (блочному) принципу,состоят из отдельных унифицированных блоков, выполняющих определенные функции. Входные и выходные сигналы этих блоков унифицированы. Это позволяет из блоков проектировать автоматические регуляторы различного функционального назначения.
В зависимости от источника используемой энергии автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия.
В регуляторах прямого действия одновременно с измерением регулируемой величины от объекта регулирования отбирается часть энергии, которая используется для работы регулятора и воздействия на его исполнительный механизм–регулирующий орган объекта регулирования. Таким образом, к автоматической системе «объект-регулятор» энергия извне не подводится.
В автоматических регуляторах непрямого действия для работы регулятора и воздействия на его исполнительный механизм подводится энергия извне.
В зависимости от вида используемой энергии регуляторы непрямого действия подразделяются на
Ø электрические (электромеханические, электронные),
Ø комбинированные (электропневматические, электрогидравлические).
Электрические автоматические регуляторы применяются главным образом для регулирования на невзрывоопасных объектах при больших расстояниях от пункта управления до объекта регулирования.
Пневматические автоматические регуляторы применяются во взрыво- и пожароопасных зонах при небольших расстояниях (до 400м) от пункта управления до объекта регулирования.
Гидравлические регуляторы применяются во взрыво- и пожароопасных зонах, как правило, при непосредственном размещении элементов регулятора в зоне объекта регулирования.
Комбинированные регуляторы применяются в случаях, когда необходимо использовать отдельные преимущества электро-, пневмо- или гидрорегуляторов.
По характеру изменения регулирующего воздействия автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы с линейным и нелинейным законами регулирования.
По виду регулируемого параметра автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, состава и содержания вещества и т.п.
В регуляторах прямого действия воздействие регулируемой величины на первичный измерительный преобразователь регулятора служит источником энергии как для формирования закона регулирования, так и для перемещения регулирующего органа. К этим регуляторам энергия извне не подводится. Автоматические регуляторы получили широкое распространение в системах стабилизации давления, расхода, уровня, температуры и т. д.
В качестве примера на рис.10 представлен автоматический регулятор давления прямого действия, поддерживающий заданное значение давления среды в трубопроводе после регулирующего клапана, т. е. «после себя».
Регулятор выполнен в виде клапана с мембранным приводом. На мембрану 1 воздействуют давление измеряемой среды и противодействующая пружина 2.
При заданном значении давления условие равновесия сил, воздействующих на мембрану, запишется в виде
(4)
где р — заданное значение давления в трубопроводе; fм — эффективная площадь мембраны 1; с—жесткость пружины 2; l—перемещение клапана 5, жестко соединенного штоком 4 с мембраной 1.
Рис. 10. Автоматический регулятор давления прямого действия.
Если давление р увеличится на значение Δр, например, в результате расхода среды Q потребителем, то мембрана 1 прогнется вниз, перемещая клапан на расстояние Δl, при котором сила сжатия пружины уравновесит возросшее давление среды на мембрану.
Новое условие равновесия сил на мембране запишется в виде (р+Δр)fм=с(l+ Δl) или Δрfм=с Δl, откуда Δl= Δрfм/с (2.6)
Таким образом, в приращениях от заданного равновесного состояния, регулятор прямого действия, приведенный на рис. 10, формирует пропорциональный закон регулирования
μ=kрε (2.7), где ε=Δр=рε–входная величина, равная отклонению давления от заданного значения; μ= Δl–выходная величина, равная равная приращению перемещения клапана; kр= fм/с–коэффициент передачи регулятора.
Заданное значение давления (регулируемой величины) устанавливается изменением натяжения пружины 2 (меняется жесткость с пружины) путем вращения натяжной гайки 3.
Источник