Перемещения жидкостей типовая схема автоматизации
Типовое решение автоматизации перемещение жидкостей и газов
Регулирование при различных целях управления.
Регулирование методом дросселирования потока в байпасном трубопроводе.
Регулирование изменением числа оборотов вала насоса
Регулирование изменением числа ходов и длины хода поршня
Регулирование изменением угла наклона рабочих лопастей или лопаток.
Регулирование работы дозировочных насосов.
Типовое решение автоматизации перемещение жидкостей и газов часть 2
Разработка схем автоматизации процессов перемещения газов 1000р
Регулирование изменением числа ходов и длины хода поршня.
При использовании прямодействующих паровых поршневых насосов (компрессоров) регулирование расхода осуществляется дросселированием пара в линии пуска его в паровой цилиндр, что вызывает изменение числа ходов поршня.
В настоящее время находят применение поршневые насосы, в которых расход регулируют изменением хода поршня (рис. 4.2). Возвратно-поступательное движение тяги 5 и соответственно штока 7 в насосах такого типа зависит от положения второго конца серьги 6. Если положение серьги таково, что проекция ее на горизонтальную ось насоса 5 равна длине тяги, то возвратно-поступательное движение тяги прекращается; ход поршня в этом случае равен нулю. Если же положение серьги соответствует изображенному на рисунке, ход поршня будет максимальным. Каждому промежуточному положению серьги соответствует определенный ход опоршня. Положение серьги зависит от положения рамки 9, которая :может поворачиваться вокруг своей оси и на которую можно воздействовать с помощью червячной передачи.
При ручном регулировании червяк Приводится во вращение от маховика, при автоматическом - необходима установка спе¬циального сервомотора. Для химических производств разработа¬ны специальные пневматические конструкции приводного устРис. 4.2. Схема насоса с регулируемым ходом поршня:
Рис. 4.2. Схема насоса с регулируемым ходом поршня:
1 - электродвигатель; 2 - червяк; 3 - червячное колесо; 4 - шатуи; 5 - тяга; 6 - серьга; 7 - шток; 8 - поршневой насос; 9 - поворотная рамка устройства поворотной рамки. Основным узлом ,их является поршень, положение которого в цилиндре зависит от давления командного пневматического сигнала; шток поршня воздействует на поворотную рамку 9.
Регулирование изменением угла наклона рабочих лопастей или лопаток.
Производительность центробежных машин можно регулировать изменением угла наклона - рабочих лопастей. Этот метод эффективен, однако поскольку для его реализации требуется использование специальных насосов, и компрессоров с устройствами поворота лопастей, он не нашел широкого распространения. Это же можно сказать и о регулировании изменением угла наклона поворотных лопаток, устанавливаемых специально для этой цели перед входом в рабочее колесо центробежных компрессоров.
Регулирование работы насосной станции. Если жидкость перемещается насосной станцией, то появляется возможность воздействовать на расход изменением числа работающих насосов или же переключением насосов с параллельного соединения на последовательное, и наоборот (при последовательном соединении складываются напоры, при параллельном - подачи).
Специальные методы регулирования поршневых компрессоров. Для создания больших давлений в химической промышленности широко используют поршневые компрессоры. При их автоматизации регулируемой величиной служит давление в нагнетательной линии, а регулирующее воздействие вносится путем изменения производительности компрессора. Изменять производительность можно разными способами; некоторые из них были рассмотрены выше. Для поршневых компрессоров, кроме того, разработан ряд специальных способов регулирования. Применение их основано на том, что на стороне нагнетания у поршневых компрессоров устанавливают ресиверы большой емкости для сглаживания пульсаций потоков газа. Это позволяет вносить регулирующие воздействия периодическим отключением компрессора от потребителя (при отключении потребитель получает газ из ресивера). При этом качество регулирования давления обеспечивается варьированием частоты отключения.
Отключение компрессора от потребителя можно производить различными способами: переводом компрессора на холостой хода периодическим пуском и остановкой электродвигателя компрессора; расцеплением компрессора и электродвигателя; перекрытием всасывающей линии; соединением полости цилиндра со всасывающим трубопроводом на всем ходе сжатия; механическим удержанием пластин клапанов компрессора в открытом со¬стоянии на всем ходе сжатия; периодическим подключением дополнительного мертвого пространства к объему цилиндра компрессора. Разберем способы, получившие распространение в промышленности.
Простым и доступным способом внесения регулирующего воздействия является перевод компрессора на холостой ход, при котором в случае превышения давления над заданным газ сбрасывается из нагнетательной линии во всасывающую по байпас-ному трубопроводу. Для этой цели на байпасном трубопроводе устанавливают запорный орган с исполнительным механизмом, получающим сигнал от позиционного регулятора. В случав многоступенчатых компрессоров газ сбрасывается во всасывающую линию как после первой, так и после остальных ступеней (рис. 4.3). Этот метод "значительно экономичнее, чем дросселирование газа в байпасном трубопроводе, так как перепускаемый со стороны нагнетания на сторону всасывания газ сжимается лишь настолько, чтобы преодолеть сопротивление, создаваемое клапанами и трубопроводами компрессорной установки.
Рис. 4.3. Схема регулирования работы двухступенчатого поршневого компрессора переводом его на холостой ход:
1 - первая ступень компрессора; 2 - холодильник; 3 - вторая ступень компрессора: 4 - обратный клапан; 5 - ресивер.
Другим способом внесения регулирующего воздействия является периодический пуск и останов электродвигателя компрессора. Для этого необходимо перевести электродвигатель на авто¬матический режим, при котором состояние магнитного пускателя определяется двухпозиционным регулятором давления. Правда, резкие толчки тока при пуске влияют на работу других потребителей, а также приводят к нагреванию обмоток электродвигателя. В связи с этим мощность электродвигателей не должна превышать определенных значений (для асинхронных короткозамкнутых - 100 кВт, для асинхронных с фазным ротором. Для уменьшения пускового тока в случае короткозамкнутого электродвигателя целесо¬образно переключить обмотки со звезды на треугольник. Допустимое число включений в этом - случае возрастает до 30 за один час. Еще больший эффект дает пуск электродвигателя при холостом ходе компрессора. Полностью избежать резких толчков пускового тока можно установкой регулируемых муфт скольжения. В этом случае потребляемая электродвигателем мощность составляет только 15% рабочей.
Специальные методы регулирования центробежных компрессоров.
Необходимость специальных методов (регулирования центробежных компрессоров объясняется тем, что при сильном уменьшении потребления газа давление в линии нагнетания возрастет до такого значения, при котором изменится направление газового потока в компрессоре. Это будет происходить до тех нор, пока давление на выходе компрессора не снизится до некоторого значения. Кратковременные изменения давления могут перейти в пульсации (помпаж), способные вызвать серьезные повреждения компрессора. Следовательно, нельзя допускать уменьшения расхода газа до значения меньшего, чем критиче¬ское (рис. 4.4).
Рис. 4.4, Зависимость степени сжатия газа от расхода при разных числах оборотов рабочего колеса:
РВ, Рк - давление газа на входе в компрессор и выходе из него; n - числа оборотов рабочего колеса; G - расход газа.
Этого можно добиться путем перепуска части газа из линии нагнетания в линию всасывания по байпасной магистрали. При этом расход через компрессор увеличится. Схема регулирования, реализующая этот метод, представлена на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Схема регулирования центробежного компрессора путем перепуска газа по байпасной линии.
Предположим, что расход газа уменьшился но какой-либо причине, например вследствие увеличения гидравлического сопротивления аппарата, потребляющего этот газ. Тогда давление Рк увеличится. Регулятор давления уменьшит подачу, и давление Рн уменьшится, а перепад Р=РК-РН увеличится. Регулятор перепада увеличивает задание регулятору расхода, который начинает увеличивать перепуск газа из линии нагнетания в линию всасывания, что, с одной стороны, приводят к уменьшению перепада Р, а с другой - к увеличению расхода через ком¬прессор.
Простым методом регулирования работы центробежного компрессора в предпомпажном режиме является выпуск части сжатого газа, в атмосферу. Такое регулирование позволяет поддерживать расход газа выше критического независимо от потребления.
В том случае, если сжимаемый газ ядовит регулирование данным методом неприемлемо, используют методы дросселирования газа по байпасному трубопроводу или отключения компрессора от сети. Последний метод можно применять только при наличии нескольких компрессоров, работающих параллельно, или ресивера большой емкости, установленного на нагнетательной линии.
Регулирование работы дозировочных насосов.
Дозировочные насосы находят широкое применение в промышленности для дозирования и смешения небольших количеств растворов, суспензий и сжиженных газов. Производительность таких насосов можно регулировать изменением числа ходов поршня (штока) или длины хода поршня.
Типовое решение автоматизации перемещение жидкостей и газов
Разработка схем автоматизации процессов перемещения жидкостей 1000р
Перемещение жидкостей и газов
Типовое решение автоматизации разрабатывается одновременно для процессов перемещения как жидкостей, так и газов, поскольку при скорости газа меньше скорости звука движение жидкостей и газов характеризуется одними и теми же законами. Поэтому все приведенные в дальнейшем рассуждения, относящиеся к жидкости, справедливы и для газа.
В качестве объекта управления примем трубопровод 6, по которому транспортируется жидкость от аппарата 1 к аппарату 8, и центробежный насос (компрессор) 2 с приводом от асин¬хронного двигателя 4 (рис. 4.1). Показателем эффективности данного процесса служит расход С перемещаемой жидкости.
Рис. 4.1. Типовая схема автоматизации процесса перемещения жидкости
1, 8 - технологические аппараты; 2- насос (компрессор); 3 - подшипники; 4 - электродвигатель; 5 - обратный клапан; 6 - трубопровод; 7 - дроссельный орган.
Процесс перемещения в химической промышленности является вспомогательным; его необходимо проводить таким образом, чтобы обеспечивался эффективный режим основного про¬цесса, обслуживаемого данной установкой перемещения. В связи с этим необходимо поддерживать определенное, чаще всего постоянное, значение расхода С. Это и будет целью управления.
Проведем анализ объекта для выявления возмущений, воз¬можности их ликвидации и путей внесения управляющих воздействий.
Массовый расход жидкости в трубопроводе определяют по формуле
G=V/F • p
где V - скорость перемещения жидкости в трубопроводе; F - поперечное сечение трубопровода; р - плотность жидкости.
Скорость V в общем случае зависит от следующих параметров:
V = f (P, μ, р)
где Р - движущая сила процесса (разность давлений в начале Рн и в конце Рк трубопровода); μ - динамическая вязкость перемещаемой жидкости,
Движущая сила Р зависит от характеристик насоса, от давления в аппаратах, в которые и из которых перемещается жидкость, и от общего гидравлического сопротивления трубопровода (суммы сопротивлений .собственно трубопровода, поворотов, сужений, запорной арматуры).
Насос нормального исполнения с асинхронным двигателем в качестве привода имеет постоянные характеристики. При использовании специального оборудования с изменением характеристик в объект могут быть внесены регулирующие воздействия.
Давление в аппаратах 1 и 8 определяется технологическим режимом процессов, протекающих в них. Если режим предусматривает изменение давлений, то по данным каналам в объект управления будут поступать возмущения.
Изменение общего гидравлического сопротивления трубопровода может быть обусловлено многими причинами. Его можно стабилизировать или же целенаправленно изменять, перемещая подвижную часть дроссельного органа (вентиля, клапана, заслонки), установленного на трубопроводе (дроссельное регулирование).
Вязкость и плотность перемещаемой жидкости определяются технологическим режимом предыдущего процесса, поэтому их изменения являются возмущающими воздействиями, ликвидировать которые при управлении данным процессом невозможно.
Анализ объекта управления показал, что большую часть возмущающих воздействий не удается ликвидировать. Учитывая это, в качестве регулируемой величины необходимо взять непосредственно показатель эффективности - расход G. Наиболее простым способом регулирования при этом является изменение положения дроссельного органа на трубопроводе нагнетания. Устанавливать дроссельный орган на трубопроводе всасывания не рекомендуется, так как это может привести к кавитации и быстрому разрушению лопаток насоса.
При пуске, наладке и поддержании нормального режима процесса перемещения необходимо контролировать расход G, а также давление во всасывающей и нагнетательной линиях насоса} для правильной эксплуатации установки перемещения требуется контролировать - температуру подшипников и обмоток электродвигателя насоса, температуру и давление смазки и охлаждающей жидкости; для подсчета технико-экономических показателей процесса следует контролировать количество энергии, потребляемой приводом.
Сигнализации подлежит давление в линии нагнетания; поскольку значительное изменение его свидетельствует о серьезных нарушениях процесса. Кроме того, следует сигнализировать давление и наличие потока в системе смазки и охлаждения, температуру подшипников и обмоток электродвигателя, масла и воды. Сигнализируется также положение задвижек в линиях всасывания и нагнетания.
Если давление в линии нагнетания или параметры, характеризующие состояние объекта, продолжают изменяться, несмотря на принятые обслуживающим персоналом меры, то должны сработать автоматические устройства защиты. Они отключают действующий аппарат перемещения и включают резервный (на рисунке не показан).
Регулирование при различных целях управления.
Часто установка перемещения должна обеспечить стабилизацию какого либо параметра процесса, предшествующего процессу перемещения или следующего за ним. Например, может быть поставлена следующая задача: изменением расхода газа поддерживать постоянное давление в аппарате или же изменением расхода жидкости в трубопроводе стабилизировать уровень в аппарате.
Учитывая многообразие процессов химической технологии и задач, которые ставятся при их проведении, можно сказать, что в качестве регулируемой величины при перемещении .потоков могут служить любые параметры этих процессов: температура, концентрация, плотность, толщина пленки, время и т. д.
Если заранее известно, что на установку перемещения будут поступать возмущения, приводящие к изменению расхода (и, следовательно, регулируемой величины) в последующем аппарате, следует применять многоконтурную систему регулирования. Основным регулятором в этой системе будет регулятор параметра, постоянство которого следует обеспечить, а вспомогательным - регулятор расхода.
Регулирование методом дросселирования потока в байпасном трубопроводе.
При использовании поршневых насосов (компрессоров) регулирующие органы устанавливать на нагнетательном трубопроводе нельзя, так как .изменение степени открытия такого органа приводит лишь к изменению давления в нагнетательной линии; расход же практически остается постоянным. Полное закрытие регулирующего органа может привести к такому повышению давления, при котором произойдет разрыв трубопровода или повреждение арматуры на нем.
В этих случаях регулирование может быть осуществлено дроссельном органом, установленным на байпасной линии, соединяющей всасывающий и нагнетательный трубопроводы. Такое же регулирование применяют при использовании шестеренчатых и лопастных насосов. При установке центробежных насосов дросселирование в байпасном трубопроводе применяют редко, так как циркуляция жидкости снижает к.п.д. насоса.
Если по какой-либо причине невозможно дросселировать поток в байпасном трубопроводе поршневых машин, жидкость дросселируют в нагнетательной линии; при этом на байпасном трубопроводе устанавливают предохранительный клапан. При повышении давления до критического значения клапан открывается, и часть жидкости байпасируется во всасывающую линию.
Регулирование изменением числа оборотов вала насоса,
Дроссельное регулирование имеет существенный недостаток низкую экономичность, так как создаваемый насосом напор используется не полиостью, а потери на регулирующем органе при дросселировании жидкости уменьшают к.п.д. насоса. Более экономичен метод регулирования изменением числа оборотов рабочего вала насоса. Как известно, плавное регулирование частоты вращения легко осуществить при использовании электродвигателей постоянного тока, но ввиду высокой стоимости они не нашли широкого применения в качестве приводов насосов.
При использовании асинхронных электродвигателей переменного тока возможны следующие способы изменения числа оборотов вала: переключение обмотки статора электродвигателя на различное число пар полюсов, введение реостата в цепь ротора, изменение частоты питающего тока, применение коллекторных электродвигателей. Однако реализация любого из них требует сложного и дорогостоящего оборудования, поэтому они также не нашли широкого применения в промышленности.
В настоящее время наиболее эффективным методом изменения числа оборотов вала насоса является использование вариаторов и муфт скольжения, которые позволяют изменять числе оборотов рабочего вала насоса при неизменном числе оборотов вала электродвигателя. Кроме того, они обеспечивают быстрое и легкое дистанционное сцепление и расщепление электродвигателя и насоса; сглаживание ударов от электродвигателя к насосу, и наоборот; возможность разгона насоса с начальным моментом сопротивления, превышающим пусковой момент двигателя; ограничение передаваемого вращающего момента.