Гидравлические регулирующие средства.

 

Для построения гидравлических регулирующих устройств применяются струйные и золотниковые преобразователи.

I. Струйный преобразователь.

 

 

1 – струйная трубка

2 – приёмник

- командный сигнал.

Струйный преобразователь усиления «f» осуществляет преобразование кинетической энергии «W_k» струи жидкости, вытекающей из 1 в потенциальную энергию «W_п» гидравлического давления при её торможении в 2. Гидравлическое давление в каждом из сопел Р₁ и Р₂ зависят от положения струйной трубки относительно сопла. Перепад давления DР пропорционален перемещению струйной трубки. Струйные преобразователи имеют большую чувствительность к малым усилиям и малую инерционность. DР мало.

 

II. Золотниковый преобразователь.

1 – золотник

2, 3 – крайние окна

4,5 – поршни

6 – цилиндр

Принцип действия основан на резком изменении гидравлического сопротивлении линии при изменении положения золотника относительно соединительных линий (2,3). Внутри 6 находится золотник, то есть плунжер с двумя поршнями. Во внутреннюю полость 6 через среднее окно 7 поступает масло (Р_пит). Два окна 2 и 3 трубами связаны с исполнительным механизмом. При перемещении плунжера 1, поршни 4 и 5 смещаются с нейтрального положения, открывая нижние окна в 6. Отклонение поршней приводит к изменению площади проходного сечения окон в цилиндре. Золотниковые устройства обладают большим релейным эффектом, более инерционны и требуют больших перестановочных усилий.

 

Гидравлически регулирующие устройства имеют много недостатков:

1) низкая чувствительность;

2) сложность реализации законов регулирования.

Для компенсации этих недостатков применяют электро-гидравлические регуляторы, то есть регуляторы, которые состоят из электрической и гидравлической части. Электрическая часть позволяет обеспечить быстродействие работы и реализацию сложных законов регулирования. Гидравлическая часть (гидравлический сервопривод), обеспечивает большое перестановочное усилие. Применяются для регулирования давления в печах и регулирования давления газ-воздух.

 

 

Схема электрогидравлического регулятора.

 

1 – преобразователь ОС

2 – делитель напряжения преобразователя ОС

3 – делитель напряжения усилителя

4 – усилитель

5 – двигатель

6 – лекало (передача электрического сигнала в гидр. часть)

7 – золотниковый преобразователь

8 – исполнительный механизм

 

Сигнал рассогласования, поступающий на вход регулятора Х_вх, компенсируется при помощи следящей системы, в состав которой входят преобразователь ОС, усилитель, двигатель (1,4,5,). Вал двигателя механически связан с чувствительным элементом преобразователя (1) и лекалом (6). Входной сигнал рассогласования (U_вх) алгебраически суммируется с U_ос. Разность U_вх - U_ос подается на делитель напряжения (3) усилителя (4). Двигатель, управляемый усилителем, перемещает чувствительный элемент преобразователя на величину, пропорциональную отклонению регулируемого параметра от заданного. Одновременно ЭД поворачивает лекало, которое перемещает поршень золотникового преобразователя на величину, пропорциональную сигналу рассогласования. Золотниковый преобразователь (7) управляет исполнительным механизмом (8). Равновесие в системе достигается при условии:

U_вх=U_ос

 

 

Регулирующие устройства прямого действия.

 

 

!

 

 

Пневматические средства автоматического регулирования.

 

Эти средства включают в себя элементы пневмоавтоматики и пневмоники. Информирующим и управляющим сигналами служат воздух со стандартным диапазоном изменения давления: МПА. Развитие средств пневмоавтоматики началось с создания универсальных приборов локального регулирования, которые в едином корпусе совмещали измерительные, задающие, регистрирующие, регулирующие устройства и применялись для стабилизации отдельных параметров ТП. Эти устройства работали по принципу компенсации перемещений, где перемещение соответствующее входному сигналу, компенсировалось перемещением, вызываемым давлением на выходные устройства. Усложнение функционального назначения средств и появление многоконтурных и многосвязных систем регулирования привело к разработке агрегатного принципа построения средств пневмоавтоматики.

В основу принципа действия был положен принцип компенсации усилий, который реализуется на всевозможных мембранах, усилия на которых со стороны входного и выходного давления. Принцип компенсации усилий позволил повысить быстродействие и точность работы таких устройств. Агрегатная схема имела стандартные входные и выходные сигналы (МПА) и ограниченное число блоков для реализации функционального назначения.

С появлением дискретной техники и расширением функций управления в пневмоавтоматике перешли к элементарному и блочному принципу построения. В основе этого принципа лежит принцип компенсации усилий. Идея элементарного и блочного принципа построения реализована универсальной системой элементов промышленной пневмоавтоматики – УСЭППА.

 

Элементы УСЭППА:

эти элементы строго функциональны по назначению, они просты, компактны, дешевы, унифицированы по величинам входных и выходных сигналов. Элементы монтируются на платах наборным методом и имеют печатную разводку пневматических каналов, через которую осуществляется связь элементов. Непрерывный сигнал: МПА и дискретный сигнал: МПА.

1) постоянные и переменные дроссели

2) постоянные и переменные емкости

3) повторители

4) элементы сравнения

5) усилители

6) реле

7) логические элементы: «И», «ИЛИ», «НЕ»

 

1) а) Постоянное пневмосопротивление (дроссель)

Предназначено для создания сопротивления течению воздуха и представляет собой капилляр: . При протекании воздуха через него всегда . Пропускная способность изменяется пропорциональна перепаду давления: МПА.

б) Регулируемый дроссель:

Переменное сопротивление, где в качестве рабочей пары используется «конус-конус». В отверстия капилляра 1 при повороте рукоятки 2 входит металлическая игла 3 с коническим концом, который перекрывает часть входного отверстия капилляра, изменяя его сопротивление. Положение рукоятки 2 фиксируется указателем 4.

в) Управляемые дроссели:

Величина сопротивления дросселей изменяется автоматически под действием пневматического устройства. К ним относятся: сопротивления «сопло-заслонка», «сопло-шарик». Р_вых зависит от положения заслонки относительно сопла.

2) Представляет собой объем, в котором происходит накопление воздуха, сопровождающееся измененем давления.

Емкость содержит внутри объема сильфон с винтовым устройством для изменения объема.

3) Служит для разделения входных и выходных сигналов давления с помощью мембраны 1. При разных величинах: мембрана перемещается и изменяет сопротивление управляющего дросселя 2, сообщающегося с атмосферой. Равновесие:

Дроссельный сумматор: состоит из постоянных и переменных дросселей – ПД, РД и представляет собой отдельный блок, давление на выходе:

4) Пневматические усилители давления:

Строятся на 3, 5, 7 мембранных элементах с 2-мя управляемыми дросселями типа: «сопло-заслонка», 2 или 4 входовыми сигналами. 5-ти мембранный элемент сравнения имеет 6 камер, разделенных блоком мембран. При незначительном перемещении блока мембран открывает или закрывает отверстия сопел: С1, С2. Высокая чувствительность, увеличения «Р_вх» на 0.0005 МПА вызывает перемещение мембран сумматоров и итераторов путем охвата его О.О.С. Для реализации сумматора выходной сигнал «Р_вых» пропускают через постоянный дроссель Д и подают на вход камеры 5. Для интегрирования сигнала осуществляют включение в линию обратной связи пневмоемкость V и регулирующий дроссель РД2.

5) Усилитель мощности:

Он предназначен для управления исполнительными механизмами и передачи сигналов. Пневматические сигналы поступают в 4-х камерное устройство, которое за счет шарикового дросселя 1 поддерживает . За счет больших проходных сечений шарикового клапана осуществляется подача большого расхода воздуха.

6) Реле переключений:

Оно может поочередно подключать 2 входных клапана с третьим. Имеет 3 камеры, разделенные блоком мембран, который управляет дросселями С1, С2.

7) Трехмембранное реле для реализации логических законов:

В качестве логического нуля выступает атмосферное давление, в качестве логической единицы давление в 0.1 МПА. Эти основные элементы могут реализовывать основные законы регулирования, т.е. П, ПИ, ПИД и позиционные.

 

Элементы пневмоники.

 

Дальнейшее развитие пневмоавтоматики основано на устройствах пневмоники. Они представляют собой струйные элементы. Принцип действия: эффект взаимодействия струй воздуха.

При использовании элементов увеличивается быстродействие, уменьшаются габариты приборов. Они изготавливаются печатным способом, используя методы штамповки, пр__литья. Элементы пневмоники позволяют реализовать: триггеры, сумматоры, сдвигающие регистры для цифровой вычислительной техники. Струйные элементы представляют собой определенным образом ориентированные каналы, по которым протекает взаимодействующие потоки воздуха. Преобразование выходных сигналов осуществляется путем использования эффектов:

1) турбулизации

2) притяжения

3) взаимодействия струй

 

Эффект турбулизации:

Реализуется элемент «НЕ». Ламинарная струя из выходного сопла 1 поступает в приемное сопло 2: . При отсутствии управляющего сигнала (Р_упр=0) устанавливается . Подача управляющего сигнала вызывает турбулизацию струй и .

Эффект притяжения (релейный эффект):

Струя воздуха из выходного сопла 1, взаимодействуя со стенкой 3 за счет эжекции воздуха из пристеночной области, создает в ней пониженное давление и притягивается по направлению к стенке. При отсутствии управляющего сигнала струя из выходного сопла будет протекать вдоль стенки, не попадая в приемное сопло 2 (). При подаче управляющего сигнала из сопла 4 струя воздуха из сопла 1 будет отрываться от стенки, попадая в приемное сопло 2 (). Статическая характеристика: .

Эффект взаимодействия струй:

Используется в пневмоусилителях. При взаимодействии струй, поступающих из сопел 1, 3, происходит их отклонение и изменяется по графику: . У всех элементов пневмоники есть недостаток: плохая помехоустойчивость.