Лекція 6. Виконавчі пристрої. Регулюючі органи. Виконавчі механізми. Гідравлічні виконавчі механізми.

 

 

Дані пристрої призначені для автоматичного або дистанційного керування подачею регулюючого середовища в об'єкт. Складаються вони з регулюючого органа і виконавчого механізму.

Структурна схема виконавчого пристрою з електричним виконавчим механізмом показана на рис. 6.1. 

 

Рис. 6.1. Структурна схема виконавчого пристрою з електричним  приводом.

 

Сигнал хвх з виходу підсилювача або безпосередньо з елемента порівняння надходить на схему керування СК, що забезпечує підключення двигуна М до мережі. Виконавчий двигун М через понижуючий редуктор Р переміщує регулювальний орган РО. Допоміжними елементами пристрою є вимірювальний перетворювач ВП, який використовують для дистанційного контролю положення регулюючого органа або організації зворотного зв'язку в замкнутих системах керування,    а також  ручний привод РП.

 

У якості регулюючих органів у системах автоматичного керування застосовують засувки, дискові, клапанні і плоскі затвори, клапани, дросельні заслінки тощо. Основною характеристикою регулюючого органа, що багато в чому визначає надійність і якість роботи системи керування, є видаткова характеристика, що представляє собою залежність витрати регульованого середовища від переміщення регулюючого органа G=f(h).

Якщо регулюючим середовищем є  вода, то  витрата її  через  регулюючий орган у виді затвора визначається виразом

 ,/6.1/

де μ — коефіцієнт витрати регулюючого органа;  - площа прохідного перерізу; z - гідравлічний перепад між рівнями води верхнього і нижнього б'єфів.

Для систем автоматичного регулювання бажано, щоб характеристика Q=f(h) була лінійною. Залежність прохідного перерізу від ходу для більшості регулюючих органів лінійна. Тому вираз /6.1/ лінійний при z=const. У дійсності z максимальний при закритому регулюючому органі і знижується в міру його відкриття. Це призводить до того, що тому самому ходу регулюючого органа при різних ступенях відкриття відповідають різні збільшення витрати води.

Порушення пропорційності між переміщенням робочого органа і витратою погіршує роботу систем автоматичного регулювання. Тому прагнуть спрямити витратну характеристику профілюванням прохідного перерізу або введенням між регулюючим органом і виконавчим механізмом проміжної ланки з нелінійною характеристикою - профільного кулачка, куліси, кривошипа й інших нелінійних елементів.

Якщо нелінійність з’єднувальної ланки є дзеркальним відображенням нелінійності регулюючого органа, то витратна характеристика виконавчого пристрою Q=f(h) стає лінійною.

РО – це пристрій, який сприймає регулюючу дію від ВМ і змінює кількість енергії або речовини на вході об’єкта регулювання. Зміна енергії на виході РО здійснюється за рахунок зміни внутрішніх властивостей РО.

 

У якості регулюючих органів у системах автоматичного керування застосовують засувки, дискові, клапанні і плоскі затвори, клапани, дросельні заслінки тощо. Основною характеристикою регулюючого органа, що багато в чому визначає надійність і якість роботи системи керування, є видаткова характеристика, що представляє собою залежність витрати регульованого середовища від переміщення регулюючого органа Q=f(h). За типом характеристики поділяють (рис. 1.5): 1 – лінійна; 2 – нелінійна; 3 – релейна.

Для систем автоматичного регулювання бажано, щоб характеристика Q=f(h) була лінійною. Порушення пропорційності між переміщенням робочого органа і витратою погіршує роботу систем автоматичного регулювання. Тому прагнуть спрямити витратну характеристику профілюванням прохідного перерізу або введенням між регулюючим органом і виконавчим механізмом проміжної ланки з нелінійною характеристикою - профільного кулачка, куліси, кривошипа й інших нелінійних елементів.

Якщо нелінійність з’єднувальної ланки є дзеркальним відображенням нелінійності регулюючого органа, то витратна характеристика виконавчого пристрою Q=f(h) стає лінійною.

 

Заслінка (рис. 1.6). Для зручності побудови витратних характеристик використовують поняття відносного відкриття РО. 

   

Відносна пропускна здатність:

 

Заслінки як РО використовують для газоподібних речовин. Вони не забезпечують нульових значень вихідної величини. 

Засувка або клінкер (рис. 1.7). Використовують як для газів так і для рідин.  

 

Клапан односідловий (рис. 1.8). Клапани можуть забезпечувати як лінійні так і нелінійні витратні характеристики шляхом профілювання клапана. Особливість їх полягає в тому, що на них діють незрівноважені гідравлічні зусилля, що не дозволяє використовувати їх для великих тисків. 

Клапан двохсідловий (рис 1.9). На відміну від односідлових, двохсідлові клапани використовуються для необмежених діапазонів тиску.

 

Двохсідловий трьохходовий клапан (рис 1.10). 

Основними характеристиками РО є: 

1)конструктивна характеристика, яка визначає залежність між відносним відкриттям клапана і вхідною величиною;

2)витратна характеристика; розрізняють внутрішню і робочу;

Внутрішня – це функціональна залежність між відносною витратою і відносним відкриттям. 

Робоча - це функціональна залежність відносною витратою і відносним відкриттям з врахуванням умов робочого середовища.

 

Будова, призначення та характеристики дросельних регулюючих органів.

Регулюючі органи (РО) зміна витрати в яких здійснюється за рахунок зміни опору рухові речовини, називаються дросельними бо має місце явище дроселювання. Зміна опору в дросельних РО здійснюється шляхом зміни перерізу прохідного отвору. Дросельні РО використовуються для регулювання газів та рідких речовин з невисокою густиною. Для сипучих і в’язких речовин використовуються живильники (шнекові, стрічкові, тарілчасті, вібраційні та інші).

Параметрами дросельних РО є абсолютна витрата Q, м3/год або G, т/год; лінійне відкриття РО h, мм або кутове , град. Для побудови характеристик використовують відносні одиниці: