Закалочная печь

Динамическая настройка регулятора.

Динамическая  настройка регулятора и системы  регулирования служит для получения  устойчивого регулирования, удовлетворяющего заданным требованиям качества переходного  процесса. Конкретные параметры динамической настройки зависят от выбранного закона регулирования, а их численные значения – от динамических свойств и параметров объекта регулирования.

Пропорционально - интегральные (ПИ) регуляторы перемещают исполнительный механизм (регулирующий орган) пропорционально отклонению регулируемой величины во  времени  и интегралу от этого отклонениия                    ,                

где  - отклонение регулируемой величины (рассогласование);

      - коэффициент пропорциональности регулятора;

      - постоянная времени интегрирования, сек;

;

Расчет и выбор регулирующего  органа

Исходные данные

- технологическая  схема представлена на рисунке 5;

- регулируемая  среда – смешанный газ газ;

- состав  газа: N₂=42%, Н₂=18%, СО₂=7%, СО=21%, =9%;

- максимальный  расход газа:

;

- минимальный  расход газа:

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – технологическая схема

- давление газа в общем газопроводе:

;

- температура  газа:

;

- влажность  газа:

%;

- внутренний  диаметр трубопровода:

;

- коэффициенты  сопротивления клапанов:

1) регулирующего:

;

2) отсечного:

;

3) переключающих:

;

- степень  открытия вентиля:

;

- потеря  давления на сужающем устройстве:

                                                                ;

- коэффициент  сопротивления регенератора:

;

Определение недостающих для расчета данных

- расчетный максимальный расход, протекающего вещества при условиях до регулирующего органа « », :

,

где - номинальное атмосферное давление, =0.101

      - номинальная температура, =293 K

  ;

 

- плотность протекающей среды для условий до регулирующего органа « », :

,

где , , , - плотности отдельных компонентов смешанного газа в нормальных условиях,

=1.1889 ; =0.0837 ; =1.8346 ; =1.165;

      , , , - процентные содержания компонентов смешанного газа

  ;

- вязкость протекающей среды – динамическая вязкость « »

Определяется  по таблице в зависимости от давления и температуры.

;

- скорость протекания регулируемой среды  в трубопроводе до регулирующего органа « », :

  ;

- число Рейнольдса «Re»:

;

Re>2300 – турбулентный режим

- коэффициент сопротивления трения для части трубопровода до регулирующего органа « »:

;

- потери давления на трение для части трубопровода до регулирующего органа на длине « », :

  ;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений в трубопроводе до регулирующего органа « »:

;

- потери давления на преодоление местных сопротивлений на участке трубопровода до регулирующего органа « », :

  ;

- суммарные потери давления в трубопроводе до регулирующего органа « », :

  ;

- абсолютное давление потока перед регулирующим органом « », :

  ;

- приближённое значение давления регулирующей среды после регулирующего органа « », :

  ;

- максимальный расход регулирующей среды для условий после регулирующего органа « », :

  ;

- плотность среды « », :

  ;

- динамическая вязкость « », :

  ;

- скорость потока в трубопроводе после регулирующего органа для потока в объёмных единицах « », :

  ;

- число Рейнольдса при объёмном расходе « »:

;

- коэффициент сопротивления трения для части трубопровода после регулирующего органа « »:

;

- потери давления на трение в трубопроводе после регулирующего органа на длине « », :

  ;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке трубопровода после регулирующего органа « »:

;

- потери давления в местных сопротивлениях для участка трубопровода после регулирующего органа « », :

  ;

- потери давления в трубопроводе после регулирующего органа « », :

  ;

- суммарные потери давления на рабочем участке без регулирующего органа « », :

  ;

- перепад давления в регулирующем органе при максимальном расчётном расходе « », :

  ;

Определение коэффициента условной пропускной способности

Условно пропускная способность – это расход газа, проходящего через регулирующий орган в его открытом состоянии.

Коэффициент условной пропускной способности определятся для условий перед регулирующим органом.

- максимальный расход среды для условий перед регулирующим органом « », :

  ;

- плотность среды,  « », :

  ;

- поправка на расширение среды при прохождении газа через  регулирующий орган « »

;

- условно-пропускная способность при расчётном максимальном расходе « »

 

;

.

Выбор типа и размера регулирующего  органа

В зависимости  от вида регулирующей среды, её параметров (давления, температуры и влажности), а также в зависимости от диаметра трубопровода выбирается поворотная регулирующая заслонка. Регулирующие поворотные заслонки используются для регулирования потоками газа и воздуха при небольших давлениях в трубопроводах диаметром более 50 мм.

По каталогу выбирается поворотная регулирующая заслонка с  диаметром условного прохода  =700 мм и обеспечивающая полученный коэффициент пропускной способности

Расчет и выбор исполнительного  механизма

Выбор вида исполнительного механизма 

В промышленных системах автоматического регулирования  и управления в качестве приводов регулирующих органов (исполнительных механизмов)          

применяются:

- электрические контакторы, соленоиды, реле в системах позиционного регулирования и логического управления;

- электрические электродвигательные исполнительные механизмы с двигателями постоянного и переменного тока;

- пневматические  исполнительные механизмы;

- гидравлические исполнительные механизмы.

В курсовом проекте  предлагается выбрать электрический  исполнительный механизм.

Расчет  мощности привода исполнительного  механизма

Мощность  исполнительного механизма выбирается в зависимости от величины усилия, необходимого для перемещения органа.

Для поворотных заслонок определяется величина момента, необходимого для их поворота. Общий перестановочный  момент для вращения заслонки складывается из реактивного момента и момента  трения.

- реактивный момент воздействия регулирующей среды, стремящийся закрыть заслонку « », :

,

где - перепад давления на заслонке в закрытом состоянии (при расчёте рекомендуется принимать , где )

      - условный диаметр заслонки, м

  ;

- момент  трения в опорах « »,

,

где - радиус шейки вала заслонки, м (можно принять )

          - коэффициент трения в опорах

  ;

- суммарный  момент, необходимый для перемещения  заслонки « », :

где К=2-3 коэффициент запаса, учитывающий затяжку сальников, трение в шарнирных соединениях, загрязнённость среды в трубопроводе…

  .

Сочленение электрического исполнительного  механизма с поворотной регулирующей заслонкой

Внешний вид установки исполнительного  механизма и поворотной заслонки и кинематическая схема сочленения представлена на рисунке 6

1 - Исполнительный  механизм

2 - Выходной  рычаг исполнительного механизма  «r»

3 - Соединительная  тяга «H»

4 - Поворотный  рычаг регулирующей заслонки  «R»

5 - Поворотная  регулирующая заслонка

Рисунок 6 – Схема сочленения регулирующего органа с исполнительным     механизмом

R=0.82r

r=150 - 250 мм

Принимаем r=200 мм

 мм

Выбор типа исполнительного механизма

Для определения необходимого момента  на выходном валу механизма необходимо величину момента для перемещения регулирующей заслонки привести к моменту на выходе исполнительного механизма по формуле:

 

По  каталогу выбирается исполнительный механизм типа «МЭО-630/10-0,25-87», с номинальным крутящим моментом 630 , временем полного хода 10 сек, номинальным ходом вала 0,25 оборотов и напряжением питания 220/380 В.

 

2.3 Технологическая характеристика  выбранного оборудования расхода  смешанного газа

 

Система регулирования расхода смешанного газа, подаваемого на закалочную печь состоит из следующих элементов:

- Диафрагма типа ДКС

- преобразователь измерительный Сапфир – 22ДД

- блок  вычислительных операций А-35;

- устройство  регулирующее Р27;

- прибор  аналоговый Диск-250;

- устройство  задающее ЗУ-05;