Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Методичні вказівки та завдання для виконання контрольної роботи з дисципліни “Автоматизація гідромеліоративних систем” студентами спеціальності 7.092602 “Гідромеліорація” заочної форми навчання

Предмет: 
Тип роботи: 
Методичні вказівки
К-сть сторінок: 
28
Мова: 
Українська
Оцінка: 

можна визначити із таких міркувань: для вільного виходу потоку із корпусу регулятора його вихідний переріз, який представляє собою бічну поверхню зрізаного конуса з твірного l (рис.4), повинен бути рівним поперечному перерізу підвідного патрубка. 

Але визначити висоту зрізаного конуса за відомими радіусами патрубка  . і мембрани   неможливо. Тому замінимо зрізаний конус рівновеликим за об'ємом циліндром з висотою l радіусом основи  . Тоді умова рівнопрохідності матиме вигляд:
 (14)
Підставивши в (14)  , одержимо  .
Із рис.4 знаходимо, що висота установки верхнього фланця (висота зрізаного конуса ):
 (15)
Після підстановки   і   одержимо  .
Висота надмембранної камери hk повинна бути більшою   і її приймають в межах .
Максимальний хід клапана:
 (16)
Тарілчастий клапан 2 (рис.1) складається з двох сталевих дисків і двох гумових прокладок. Його маса:
 ,(17)
де   і  — відповідно товщина сталевих дисків і гумових прокладок,  ;
  - густина сталі,  ;
  - густина гуми,  .
Діаметри дросельної і з'єднувальної трубок визначають час закриття регулятора. Максимальний час закриття регулятора буде тоді, коли клапан займає крайнє верхнє положення. У цьому випадку у надмембранну камеру потрібно подати об'єм води, який дорівнює об'ємам двох зрізаних конусів:
 ,(18)
де   - ефективна площа мембрани згідно рівняння (10).
Час закриття регулятора можна визначити із умови відведення прямого гідравлічного удару у підвідному трубопроводі або із умови забезпечення заданих показників перехідного процесу в системі автоматичного регулювання рівня води в колодязі.
Відведення прямого гідравлічного удару буде тоді, коли час закриття регулятора:
 ,(19)
де  - довжина підвідного трубопроводу,  ;
  - швидкість розповсюдження ударної хвилі.
Із умови аперіодичного перехідного процесу в системі регулювання час закриття регулятора приймають  .
Середню витрату через дросельну трубку при закритті регулятора /сопло закрите/ можна прийняти:
 (20)
Щоб забезпечити цю витрату, площа поперечного перерізу дросельної трубки:
 ,(21)
де   — коефіцієнт витрати дросельної і з’єднувальної трубок за умови, що їх діаметри однакові, тобто  .
Коефіцієнт витрати дросельної і з'єднувальної трубок:
 ,(22)
 – коефіцієнт гідравлічного опору дроселя, який розглядаємо як сума коефіцієнтів раптових звуження і розширення трубки при відношенні діаметрів дроселя і трубки  ;
  – коефіцієнт гідравлічного опору при вході в трубку з підвідного патрубка;
 — коефіцієнт гідравлічного опору при повороті трубки круглого перерізу на 90° ;
 — коефіцієнт гідравлічного опору при вході трубки в надмембранну камеру. 
У формулі (22) гідравлічні опори трубок і дроселя не враховані із-за їх малих величин.
Діаметр дросельної трубки  . Якщо   буде меньшим 8 мм, то в подальших розрахунках приймають  = 8 мм.
Площа поперечного перерізу зливної трубки визначає швидкість відкриття регулятора. За час відкриття регулятора вода із надмембранної камери витікає через сопло у колодязь. Одночасно вода з дросельної трубки через зливну також буде витікати через сопло. Отже, для того щоб час відкриття регулятора приблизно дорівнював часу його закриття необхідно, щоб площа поперечного перерізу зливної трубки , або діаметр
 (23)
Вихідний діаметр сопла приймають:  .
 
1.3. Розрахунок розмірів поплавка
 
Розміри поплавка визначають із умови рівності сил, що діють на поплавок в закритому стані регулятора:
 ,(24)
де  — виштовухувальна сила, що діє на занурений поплавок,  ;
 -сила гідростатичного тиску, що діє на заслінку зі сторони сопла,  ;
 — маса поплавка,  .
Виштовхувальна сила:
 ,(25)
де — діаметр поплавка ,   ;
 — занурення поплавка, зумовлене дією гідростатичної сили  ;
 — величина занурення, викликана вагою поплавка.
Величина  визначає точність регулювання рівня води в колодязі і вона не повинна перевищувати  , бо при збільшенні
  втрачається  підсилююча дія сопла - заслінки. Тому приймають  .
У закритому стані регулятора:
 (26)
Із рівняння /26/ знаходимо:
 (27)
Висоту поплавка визначають із умови, щоби максимальне занурення не перевищувало половини висоти:
 (28)
Для визначення   складемо рівняння рівноваги сил, що діють на ненавантажений поплавок:
 ,(29)
де  - густина матеріалу з якого виготовлено поплавок.
З рівняння (29) знаходимо:
 (30)
Підставивши   із (30) в рівняння (28), маємо 
 (31)
Матеріал поплавка вибирають із умови, щоб -  .
Діаметр поплавкової камери приймають  , а висоту -   .
 
1.4. Рівняння динаміки системи автоматичного регулювання
 
Будь-яка система автоматичного регулювання повинна бути стійкою і забезпечувати необхідні показники якості роботи (статичну похибку, час регулювання і вид перехідного процесу). Визначити ці показники можна із рівняння, яким описується зміна рівня води у колодязі при зміні витрати, установки регулятора або дії іншого збурення. При цьому величина збурення не повинна викликати переміщення поплавка більше, ніж на  . При більшому збуренні система буде нелінійною і показники якості визначають за допомогою нелінійних методів аналізу, зокрема, методом фазової площини. Тому будемо розглядати динаміку системи регулювання при малих відхиленнях від стану рівноваги.
Нехай до зміни рівня води в колодязі   витрата води із колодязя   була  рівною  витраті регулятора   і рівні води у зволожувальному каналі і колодязі відповідно дорівнювали  і  .
За цих умов при збільшенні уставки регулятора на h в системі автоматичного регулювання виникне перехідний процес і рівень води в колодязі почне підвищуватись. Різниця 
 ,(32)
де   — миттєве значення рівня в колодязі, почне зменшуватись.
Зміна уставки (переміщення поплавкової камери) призведе до переміщення поплавка.
Якщо знехтувати масою поплавка і зміною занурення, яке залежить від сили тиску води на заслінку, то переміщення поплавка буде дорівнювати , бо заслінка закріплена на поплавку жорстко. Тому і її переміщення приймаємо рівним  , тобто:
 (33)
Зміна проміжку   призведе до зміни перепаду тиску на соплі, що спричинить зміну об'єму води в надмембранній камері і відповідне переміщення клапана. Якщо знехтувати розтягненням мембрани, то рух клапана можна описати рівнянням
 ,(34)
де   залежність площі поперечного перерізу зрізаного конуса  від його висоти,  ;
  коефіцієнт витрати з'єднувальної і зливної трубок;
  тиск в надмембранній камері,  ;
  — тиск на виході сопла.,  .
Рівняння (34) нелінійне. При малих значеннях   і умові, що  , де   - величина проміжку при  , його можна замінити лінійним рівнянням виду:
 ,(35
де   - стала часу, яка визначає швидкість зміни об'єму води в надмембранній камері,  ;
 — коефіцієнт пропорційності між переміщеннями клапана і заслінки.
Визначити   можна на підставі таких міркувань. Рішенням рівняння (35) при нульових початкових умовах (розглядається процес відхилення від стану рівноваги) є експонента:
 (36)
Перехідний процес в елементах і в системах автоматичного регулювання вважають закінченим, якщо  вихідна  змінна, наприклад  , досягає усталеного значення (0,95). Із рівняння (36) видно, що це буде тоді, коли складова   , де   - час перехідного процесу. Із цієї умови знаходимо, що  . 
Попередньо було прийнято, що час закриття  регулятора  . Прийнявши  , одержимо  .
Витрата регулятора  . При  малих  переміщеннях можна вважати, що:
 (37)
Підставивши в рівняння (35)   , одержимо:
 ,(38)
де   –коефіцієнт передачі регулятора.
 ,(39)
де  - площа поперечного перерізу колодязя,  .
При збільшенні уставки регулятора . Витрата на зволоження   у загальному випадку при заданих параметрах колекторно-дренажної мережі залежить від напору на дренах, початкового рівня ґрунтових вод   та інших чинників.
Оскільки перехідний процес в системі регулювання не перевищує  , то можна вважати, що за цей час витрата  суттєво не зміниться і можна рахувати її сталою і рівною .
За умов   і   рівняння (39) матиме вигляд:
 (40)
Отже, перехідний процес в системі автоматичного регулювання (рис.5):
 (41)
де   - стала часу колодязя.
Рівнянню (42) відповідає характеристичне рівняння:
 (42)
коренями якого будуть  .
Система автоматичного регулювання буде стійкою, якщо корені і  будуть від'ємними числами, або комплексно-спряженими з від'ємною дійсною частиною. 
 
Так як  , то система буде стійкою.
При   або при   корені рівняння будуть кратними   і перехідний процес матиме монотонний вид.
Отже, для того щоб перехідний процес в системі автоматичного регулювання був монотонним необхідно і достатньо виконання умови  .
За умови   час монотонного перехідного процесу буде мінімальним, тобто швидкодія системи автоматичного регулювання буде максимальною.
 
Література:
 
1. Б.А. Баховец, Я.В. Ткачук. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов в гидромелиорации. – Львов: «Вища школа», 1989.
2. Я.В.Бочкарев, Е.Е. Овчаров. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов в гидромелиорации. – М.: «Колос», 1981.
3. П.И. Коваленко. Автоматизация мелиоративных систем. – М.: «Колос», 1983.
4. Б.О. Баховець. Розрахунки параметрів системи автоматичного регулювання рівня води. – Рівне.: УДАВГ, 1997.
 
Підписано до друку ____2009р.
Формат 60 80 1/16. Обсяг___ум.др.арк.
Замовлення: №___Тираж___прим.
Рівне, НУВГП, Соборна, 11
Фото Капча