В инженерной практике свойства промышленных объектов

Пример 3. На рисунке 13 представлена кривая изменения уровня в барабане котла при возмущении питательной воды. Найти передаточную функцию объекта регулирования в виде

Решение:
Принимаем мин., t_p=3 мин.
Принимаем 2m=6. Тогда мин.
Скорость разгона объекта равна:


Рисунок 13

Для момента времени t₀, t₁, t₂, …, t₆ определяем и затем

0	0,227	0,4545	0,5227	0,6618	0,7727	1,0

Вычисляем S_i, a_i по формулам (4)

a₁=S₁=1,2 мин.
Передаточная функция объекта регулирования:
.


Пример 4. На рисунке 14 представлена кривая изменения уровня в подогревателе при возмущении регулирующим органом. Найти передаточную функцию объекта регулирования в виде


Рисунок 14


Решение:
На кривой разгона определяем , t_p=50 с, УП.
Принимаем 2m=6. Тогда c;
.
Нормированные к единице приращения ординат равны:

0	0,2857	0,4047	0,524	0,619	0,7619	1,0

Вычисляем S_i, a_i по формулам (4)

.

Передаточная функция объекта регулирования равна:

Глава 3 Автоматизация гидромеханических процессов


3.1 Автоматизация процессов перемещения жидкостей и газов
В химической промышленности для транспортировки жидкостей по трубопроводам наиболее часто применяют центробежные и поршневые насосы, а для транспортировки газов — поршневые компрессоры. Регулирование работы насосов и компрессоров обычно состоит в поддержании их заданной производительности.
Характеристика центробежного насоса (зависимость между развиваемым напором L и производительностью F) приведена на рисунке 15,а (кривая 1). Там же показаны характеристики местных гидравлических сопротивлений нагнетательного трубопровода (кривые 2÷4). Кривой 2 соответствует наибольшее гидравлическое сопротивление и наименьшая производительность насоса F₁, кривой 4 — наименьшее гидравлическое сопротивление и наибольшая производительность F₃. Таким образом, дросселируя поток, можно изменять производительность насоса. Указанный метод регулирования производительности насоса не является экономичным вследствие дополнительных потерь энергии, обусловливаемых преодолением гидравлического сопротивления дросселя; однако этот метод отличается простотой и поэтому его часто используют.
Схема регулирования производительности центробежных насосов приведена на рисунке 15,б. Чувствительный элемент АСР, например диафрагма, монтируется на нагнетательной линии перед клапаном, что обеспечивает меньшую колебательность процесса регулирования. При увеличении расхода жидкости проходное сечение клапана уменьшается, при этом повышается суммарное сопротивление гидравлической линии, и расход жидкости уменьшается до заданного значения. Дросселировать линию всасывания центробежных насосов не рекомендуется, так как это вызывает кавитацию, которая приводит к быстрому разрушению насоса, а также к резкому понижению производительности и напора насоса. В общем случае, клапан, установленный на нагнетательной линии насоса, может работать и от регуляторов других величии, что определяется требованиями технологии.


Рисунок 15 – Характеристика работы (а) и схема регулирования производительности (6) центробежных насосов:
1 — характеристика насоса; 2,3,4 — характеристики трубопровода.

В случае применения объемных поршневых насосов давление, обусловливающее перемещение жидкости, создается при ее периодическом вытеснении из замкнутого объема возвратно-поступательно движущимся поршнем. Производительность поршневого насоса практически постоянна и не зависит от напора. Поршневые насосы приводятся в действие паровыми машинами или электродвигателями.

Производительность поршневого насоса с паровым приводом регулируется изменением подачи пара в цилиндр привода. Для этого на паропроводе (рисунок 16) устанавливают клапан, при открытии проходного сечения которого к приводу насоса будет подаваться различное количество пара, определяющее число ходов поршня насоса и тем самым его производительность. Управляющее воздействие на клапан подают от регулятора расхода, а чувствительный элемент системы устанавливают на нагнетательной линии насоса (рисунок 16,а). По сравнению с дросселированием это более рациональный метод. При часто и резко изменяющемся давлении пара применяют каскадную систему регулирования давления пара с корректировкой по расходу нагнетаемого продукта (рисунок 16,б).


Рисунок 16 – Схемы стабилизации (а) и каскадного регулирования (б) производительности поршневых насосов с паровым приводом:
1 — паровая машина; 2— поршневой насос.
Регулирование производительности поршневых насосов с приводом от электродвигателя осуществляют путем перепуска части жидкости с нагнетательной линии на всасывающую (рисунок 17). Таким же образом регулируют производительность шестеренчатых и лопастных насосов.
Производительность центробежных компрессоров (газодувок) стабилизируется системами с клапаном, установленным на всасывающей линии (рисунок 18). Такие компрессоры неустойчиво работают в области помпажа, характеризующейся наличием больших давлений и малых расходов: при работе в этой области уменьшение потребления газа приводит к кратковременному изменению направления потока газа. При этом возникают большие колебания давления газа, которые могут вызвать поломку компрессора. Однако коэффициент полезного действия компрессора имеет наибольшее значение вблизи области помпажа. Для обеспечения работы компрессора в этих условиях необходимо иметь противопомпажную автоматическую защиту.

Рисунок 17 – Схема регулирования производительности поршневого насоса с электроприводом

В качестве такой защиты может использоваться система сброса части сжатого газа в ресивер при уменьшении его расхода в линии к потребителю (рисунок 18). При приближении к области помпажа регулятор расхода откроет клапан, установленный на линии к ресиверу. Это обусловит увеличение производительности компрессора, снижение давления в нагнетательной линии и повышение давления во всасывающей линии, что предотвратит помпаж компрессора.

Рисунок 18 – Схема регулирования произ­водительности центробежного компрессора (газодувки) с противопомпажной защитой.
Регулирование производительности поршневых компрессоров, развивающих большие давления, обычно осуществляют методом перепуска части газа с нагнетательной линии во всасывающую по байпасному трубопроводу. Работа такой системы регулирования в значительной степени облегчается меньшей пульсацией давления, вследствие сжимаемости газов.