Дозаторные системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дозаторные системы

 

  

В настоящее время дозаторные системы нашли широкое применение в машиностроении, химической промышленности, медицине, нефте- газовой отрасли, сельском хозяйстве и др. [1]. В этих системах выделяется ряд основных взаимо- связанных элементов, к которым относятся дви- гатель, передаточный механизм, исполнитель- ный орган, дозатор, всасывающая и нагнетатель- ная линия, система управления. Двигатель пере- дает движение передаточному механизму, согла- сующему механические характеристики двига- теля и исполнительного органа системы дозиро- вания. Исполнительный орган через дозатор вы- брасывает определенное количество материала во внешнюю среду по нагнетательной линии [1]. Контроль и управление параметрами дозирова- ния, а именно распределение подачи с заданной, как временной, так и объемной точностью; регу- лирование расхода в зависимости от изменения какого-либо параметра процесса и т.д. осу- ществляется системой управления. К дозатор- ным системам предъявляется ряд основных тре- бований [1, 2], которые в каждом конкретном случае дополняются частными, обусловленными свойствами дозируемого материала и регламен- том технологического процесса. Синтез доза- торных систем представляет собой сложную инженерную задачу, требующую учета совокуп- ности и взаимосвязи технологических, конструк- тивных и эргономических требований. Важным и необходимым этапом этого синтеза является формирование расчетных схем и математиче- ских моделей таких систем с учетом динамиче- ской взаимосвязи всех их элементов. В этом слу- чае создание математической модели удобно

осуществлять в соответствии со структурно- функциональными схемами на основе предлага- емой обобщенной классификации систем дози- рования (рис. 1-4) [3].

Таким образом, в соответствии с рис. 1 учитываются: характеристики дозируемой среды (тип и свойства дозируемого материала) (рис. 2); характеристики дозаторной системы (точность, степень автоматизации, область применения и т.д.) (рис. 3); характеристики конструкции доза- торной системы (конструктивное исполнение, вид привода исполнительного органа, реализа- цию управления и т.д.) (рис. 4).

 

 Рис. 1. Обобщенная классификация дозаторных систем

 

 

 Данная классификация обладает обобщен- ным и системным характером. В качестве при- мера на рис. 5 представлена структурно- функциональная схема системы дозирования с приводным электродвигателем в соответствии с принятой классификацией (рис. 1-4).

На рис. 5 питание от электросети (сеть ЭП) подается на электродвигатель (ЭД) и регулятор (Р). ЭД передает движение передаточному меха- низму (П), роль которого могут выполнять раз- личные гидравлические, пневматические или механические устройства. (П) преобразует дви- жение двигателя в требуемый вид движения ис- полнительного органа (ИО) системы дозирова- ния. ИО из объема (V) реализует выбрасывание материала через дозатор (Д) во внешнюю среду (В.С.). Обратная связь регулятора (Р) с другими элементами системы дозирования обеспечивает- ся измерительными устройствами (контролера- ми). На основе приведенной структурно- функциональной схемы сформирована расчетная схема центробежного насоса-дозатора (рис. 6), представляющего собой электро-гидро- механическую систему.

Рис. 2. Классификация по характеристикам дозируемой среды

Рис. 3. Классификация по характеристикам системы дозирования

Рис. 4. Классификация по характеристикам конструкции дозаторной системы

 

Рис. 5. Структурно-функциональная схема дозаторной системы

 

Рис. 6. Расчетная схема центробежного насоса-дозатора

Здесь ротор 2 электродвигателя 1 жестко связан с рабочим колесом 3, размещенным в корпусе 4 насосной секции с рабочей жидко- стью. При включении двигателя кинетическая энергия вращающейся рабочей жидкости в диф- фузоре 8 трансформируется в энергию напора исполнительного гидроцилиндра и, действуя на поршень 5, приводит в движение плунжер 7 до- затора 6. Для обеспечения циркуляции рабочей жидкости в конструкции насосной секции, предусмотрены каналы 9, отводящие рабочую жидкость от гидроцилиндра к рабочему колесу. Дозатор 6 с установленными в нем всасываю- щими и нагнетательными клапанами выбрасы- вает определенное количество дозируемой сре- ды в нагнетающую линию. При выключении двигателя происходит остановка рабочего колеса и падение давления рабочей жидкости в испол- нительном гидроцилиндре, вследствие чего силы упругости пружины жесткостью Спр, преодоле- вая силы трения, возвращают поршень в началь- ное положение. За счет создания разряжения в рабочей камере дозатора осуществляется забор дозируемой среды по всасывающей линии. Бла- годаря последовательным включению и выклю- чению двигателя обеспечиваются чередующиеся ходы всасывания и нагнетания дозируемой сре- ды.

На основе принципа составной модели [4, 5] в соответствии с рис. 6 формируется матема- тическая модель дозирующей системы, учиты- вающая взаимосвязь двигателя, передаточного механизма, исполнительного органа и дозатора. Основные допущения: жидкость идеальна; ко- личество лопаток рабочего колеса бесконечно; рассматривается плоский случай движения жид- кости; инерционная составляющая среды не учитывается. Математическое описание пред- ставляет собой систему соотношений, структура которых состоит из блоков I-VII (рис. 7), связы- вающих между собой уравнения движения рото- ра электродвигателя [5], гидравлической состав- ляющей движения рабочей и дозируемой жидко- стей, а также механической составляющей [2, 6]:

Рис. 7. Структура математической модели цен- тробежного насоса-дозатора

I – характеризует уравнение движения ро- тора электродвигателя 2 с рабочим колесом 3 (рис. 6):

, ()()tuMbMIс 0 −ω− = ω&

где I – момент инерции ротора электродвигателя с рабочим колесом; ω – угловая скорость ротора электродвигателя с рабочим колесом; M0 – вели- чина номинального крутящего момента электро- двигателя; b – коэффициент крутизны статиче- ской характеристики; Mс – момент сопротивле- ния на рабочем колесе; – функция ( )    = вкл выкл , 1, 0tt t u