1 / 33

Akčné členy neelektrických veličín pre (hlavne) spojité regulačné obvody

Akčné členy neelektrických veličín pre (hlavne) spojité regulačné obvody. PRS. Akčné členy neelektrických veličín. 1. 14.10.2014. Tekutinové energetické obvody v regulačných obvodoch. Jednoduchý jednoparametrový regulačný obvod

camila
Télécharger la présentation

Akčné členy neelektrických veličín pre (hlavne) spojité regulačné obvody

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Akčné členy neelektrických veličínpre (hlavne) spojité regulačné obvody PRS Akčné členy neelektrických veličín 1 14.10.2014

  2. Tekutinovéenergetické obvody v regulačných obvodoch Jednoduchý jednoparametrový regulačný obvod Úloha:regulačného obvodu,meracieho člena, regulátora,akčného člena? PCS, DCS, hybridné RS PRS Akčné členy neelektrických veličín 2 14.10.2014

  3. ČO SÚ TEKUTINY? Plyn Kvapalina • Látky nepevného skupenstva – zaujímajú tvar nádoby • Tekutiny = Kvapaliny & Plyny & Pary

  4. *5 *4 Kotol *1 *3 *2 TLAKOVÉ STRATY v tekutinových obvodoch Straty tlaku v potrubí môžu vznikať ako: Tlakové úbytky na premenných odporoch :*1 • Ventily, filtre • Tlakové úbytky na pevných odporoch : *2 • Clony, obmedzovacie odporyatď. • Straty trením : *3 • Drsnosť potrubia, kolená, T-kusy • Hydrostatické straty: *4 • Vertikálne potrubia –prúdenie smerom nahor • Straty vplyvom teploty : *5 • Ochladzovanie potrubia Čerpadlo Kompresor

  5. STAVY TEKUTINY – VODNÁ PARA Para vznikajúca v parnom bubne sa vedie do parojemu,para v parojeme je mokrá (sýta para, obsahuje kvapôčky strhnutej vody),mokrá para sa privádza do prehrievačov, kde sa vysúša, do turbíny ide suchá (ostrá para, prehriata) s teplotou 500 –560 °C, s tlakom 9 –15 MPa. 120°C 100°C 100°C 90°C Voda Mokrá sýta para Suchá sýta para Prehriata para Typickým příkladem syté páry je vodní pára vzniklá v parním kotli. Protože pro technickou praxi je obvykle použití syté páry nevhodné, je teplota páry zvyšována v přehřívačích.

  6. Tekutinové obvody všeobecne Zdroje, potrubia a prvky, armatúry, spotrebiče Riadenie prietoku a tlaku tekutín (kvapalín, plynov a pár) v technických zariadeniach -RO Straty prietokom tekutiny v potrubí - trenie, „dvíhaním, klesaním“ tekutiny (psi ) Armatúry (RO):ventil, klapka, posúvač, kohút (psi ) Akčný člen v tekutinovom energetickom obvode tlakové pomery v tekutinovom potrubí všeobecne tlakové pomery priamehovodorovného potrubia PRS Akčné členy neelektrických veličín 6 14.10.2014

  7. Regulačný orgán - armatúra - upravuje neelektrickúakčnú veličinu (napr. tlak, prietok) ← ventil klapka→ Upchávka s „O“ krúžkom nízke trecie sily, tesniaca schopnosť – pretlak, podtlak, prevádzková teplota 2 až 130 °C, bezúdržbová - viac ako 500 000 cyklov PRS Akčné členy neelektrických veličín 7 14.10.2014

  8. Regulačný orgán - armatúra - upravuje neelektrickúakčnú veličinu (napr. tlak, prietok) ←Schéma ventilu !! p2 p1 p1 > alebo <p2? + ← ventil klapka→ Upchávka s „O“ krúžkom nízke trecie sily, tesniaca schopnosť – pretlak, podtlak, prevádzková teplota 2 až 130 °C, bezúdržbová - viac ako 500 000 cyklov PRS Akčné členy neelektrických veličín 8 14.10.2014

  9. Konštrukčné usporiadanie AČ s pneumatickým pohonom Schéma pneu-motora !! ←IAČ, μC, embedded IAČ, Servosystém polohy, „v pneu s korektorom“ PRS Akčné členy neelektrických veličín 9 14.10.2014

  10. Kvalita riadenia (vplyv AČ) jednoznačný vzťah medzi mau m → u !! u = f(m)=k . m?? m → u !! Vplyvy na kvalitu riadenia: - nejednoznačnosť odporu proti pohybu v upchávke ventila, - vôľa v zuboch prevodovky, - malá tlaková rezerva pri pneu pohone (20 až 100 kPa), Servoventil polohy (m/u), pneu RO s korektorom polohy (R – priemyselný (technologický) regulátor, P – pohon, Poloha/E – snímač polohy-prevodník) PRS STN ISO 3511 – 1 až 4 10 14.10.2014

  11. Konštrukčné usporiadanie AČ s elektrickým a pneu- pohonom Elektrické pohony/pneu, hydro: špecifický výkon (hustota výkonu),prevodovka, servosystém, ochrany, Ex PRS Akčné členy neelektrických veličín 11 14.10.2014

  12. Pohony v AČ elektrické pneumatické Pohony: špecifický výkon,prevodovka, servosystém, ochrany, Ex US→ 20 až 100 kPa Pneumatické (binárne) a hydraulické (binárne aj spojité) -robotika priamy/rotačný jednočinný dvojčinný PRS Akčné členy neelektrických veličín 12 14.10.2014

  13. Pohony v AČ hydraulické a pneumatické Jednočinný/jednopolohový priamy/rotačný dvojčinný Rozvádzače cesty/polohy pneu/hydro PRS Akčné členy neelektrických veličín 13 14.10.2014

  14. Pohony v AČ hydraulické a pneumatické dvojčinný Spojitý akčný člen, el/pneu servoventil pneu/hydro PRS Akčné členy neelektrických veličín 14 14.10.2014

  15. Druhy riadenia Logické riadenie – sekvenčné (spätná väzba, časovanie): PSA Základy automatizácie 15 14.10.2014

  16. Druhy RO základné pojmy P o r u c h y 1 R O u y U R S < M Č S P P o r u c h y 2 A Č M P y * m e w R m a t e m a t i c k ý č l e n y - r i a d e n á v e l i č i n a R S - r i a d e n á s ú s t a v a y * - o d o z v a m e r a c i e h o č l e n a M Č - m e r a c í č l e n S w - ž i a d a n á ( r i a d i a c a ) v e l i č i n a - s n í m a č - r e g u l a č n á o d c h ý l k a e M P í k - m e r a c í p r e v o d n m R - r e g u l á t o r - o p r a v n á v e l i č i n a P u - a k č n á v e l i č i n a - p o h o n - z d r o j e n e r g i e U R O - r e g u l a č n ý o r g á n P o r u c h y 1 A Č - a k č n ý č l e n - p o r u c h y v r i a d e n e j s ú s t a v e P o r u c h y 2 - p o r u c h y v m e r a c o m č l e n e ( n e p r e s n o s ť ) Čas uzáveru: čas, za ktorý sa uzáver (napr. kuželka) presunie z jednej krajnej polohy do druhej [min., sek.] Poloha uzáveru RO:(kuželka – sedlo) je určená veličinoum, tj. výstupom z technologického regulátora, ventil: z (x)-zdvih RO, klapka: uhol pootočenia χ Regulačný rozsah RO:interval, v rámci ktorého môže byť nastavená hodnota riadenej veličiny (napr. teplota) akčnou veličinou u, tj. zmenou polohy uzáveru RO, napr. prietok vyhrievacej pary, pri nominálnych technologických podm. Schematické znázornenie funkcie regulačného ventilu PRS Akčné členy neelektrických veličín 16 14.10.2014

  17. Druhy RO základné pojmy Tvary prietokových kanálov v telese RO sa volia tak, aby vlastné teleso zabezpečovalo minimálne tlakové straty vznikajúce trením, vírením, zúžením prúdu alebo zmenou smeru prúdiacej tekutiny, čiže aby tlakový spád (strata) vznikala hlavne na samotnom uzavieracom (škrtiacom) systéme RO. Potom vlastnosti RO vhodne popisujú ich konštrukčné a prietokové charakteristiky PRS Akčné členy neelektrických veličín 17 14.10.2014

  18. Konštrukčné charakteristiky RO Konštrukčná charakteristika RO(KCH RO),tj. charakteristika otvorenia RO, predstavuje závislosť voľnej prietokovej plochy S v uzavieracom systéme od polohy uzáveru z, tj. zdvihu (uhlu pootočeniaχ) Pomerná prietoková plocha Pomerná poloha uzáveru Pomerná konštrukčná charakteristika • Rýchlo/otváracia /zatváracia • lineárna • rovnopercentná z S PRS Akčné členy neelektrických veličín 18 14.10.2014

  19. Konštrukčné charakteristiky RO Rýchlootváraciu KCH ROreprezentuje ŠS, ktorý už pri malom zdvihu, obyčajne 0,25ξ dosiahne maximálnu hodnotu prietokovej plochy φ. Armatúra s takouto KCH – sa používa na uzatváracie (otváracie) funkcie – nie regulačné!!! Lineárnu KCH ROreprezentuje ventil, pre ktorý platí, že rovnakej percentuálnej zmene polohy uzáveru (kuželky) zodpovedá rovnaká percentuálna zmena voľnej prietokovej plochy. Cez polohu uzáveru sa dá presne nastaviť požadované prietokové množstvo (pri konštantnom spáde na RO). Rovnopercentná (ekvipercentná) KCH ROje definovaná ako charakteristika uzavieracieho systému, v ktorom priurčitej percentuálnej zmene polohy uzáveru sa prietoková plocha zmení o odpovedajúci rovnaký percentuálny diel z okamžitého voľného prietokového prierezu Podmienka rovnopercentnosti KCH RO Potom pri zmene zdvihu o dzsa zväčší volná prietoková plocha vždy o rovnaký percentuálny diel a voľná prietoková plocha pomerná char. PRS Akčné členy neelektrických veličín 19 14.10.2014

  20. Typy zavieracích (škrtiacich) systémov Tanierová kuželka Rýchlootváracia KCH RO Rotačný paraboloid Lineárna KCH RO Tvarovaná kuželka ľubovolná Výpočet KCH RO: Okamžitá a maximálna prietoková plocha Rotačný elipsoid rovnopercentná KCH RO KCH RO PRS Akčné členy neelektrických veličín 20 14.10.2014

  21. Typy zavieracích (škrtiacich) systémov Regulačná klapka pre obdĺžnikové potrubie a jej KCH PRS Akčné členy neelektrických veličín 21 14.10.2014

  22. Prietokové charakteristiky RO Prietoková rovnica charakterizujúca prietok reálnej tekutiny cez zoškrtený prietokový prierez: Q[m3.s-1] je objemový prietok v potrubí, • [–] prietokový koeficient vztiahnutýna zoškrtený prierez, • [–] koeficient expanzie charakterizujúci pružnú tekutinu, tj. plyn alebo paru (pre plyny  1, pre kvapaliny  1), S [m2] prietoková plocha zúženého prierezu, kuželka- sedlo ρ [kg.m-3] hustota pretekajúcej tekutiny pri prevádzkových podmienkach, p [Pa] tlakový spád na uzavieracom zariadení, k1 = . Skriptá SaP – clona, dýza (zdôvodnenie) Pomerné prietokové množstvo Ak k1 = k1,max = konšt. a pmax = p = = konšt. lebo a tiež Čiže PCH RO odpovedá KCH RO !!!!! PRS Akčné členy neelektrických veličín 22 14.10.2014

  23. V skutočnosti tlakový spád na RO nebude konštantný (v rámci činnosti), pomery na RO podstatne ovplyvňujú stavové veličiny prúdiacej tekutiny (, ε, T, p, atď.), tlakové straty v potrubiach (funkcieQ), straty v prídavných armatúrach (funkcieQ), a tiež premenlivá charakteristika zdroja, napr. čerpadla. Vplyv týchto parametrov nemožno pri analýze reálneho tekutinového obvodu zanedbať, a tak predpoklad, že PCH RO odpovedá KCH RO, platí len za určitého zjednodušeného nazerania, čiže v reálnom svete neplatí, no snažíme sa to dosiahnuť!!!! Celkový tlakový spád ∆p pričom Súčinnosť čerpadla, RO a potrubia Pri návrhu RO, snaha o blízkosť PCH RO a KCH RO !!! Tekutinové obvody sú v zásade nelineárne, čo sťažuje ich analytické riešenie PRS Akčné členy neelektrických veličín 23 14.10.2014

  24. V pracovnom rozsahu sa menia tlakové pomery na RO podľa parametrov prvkov v tekutinovom obvode, vytvoriť tzv. pracovnú (reálnu) charakteristiku/súbor charakteristík/ RO, postihujúce uvedené deje, je veľmi náročná úloha. Preto sav praxi najčastejšie postupuje pri návrhu RO podľa metódy využívajúcej koeficient Kv(určenie rozmerov RO (dimenzovanie, svetlosť) a reálnej PCH RO). PRS Akčné členy neelektrických veličín 24 14.10.2014

  25. Poznámka 1 Poznámka 2 PRS Akčné členy neelektrických veličín 25 14.10.2014

  26. V súčasnosti sa dimenzovanie svetlosti RO rieši najčastejšie metódou určenia koeficientu Kv.Číselná hodnota koeficientu Kv predstavuje objemový prietok vody ( = 1000 kg.m-3) v metroch kubických za hodinu, ktorá pretečie plne otvoreným zavieracím systémom RO pri tlakovom spáde na regulačnom orgáne ∆p = 100 kPa, tj. je to PCH RO pri definovaných podmienkach. Koeficient máva označenie aj podľa polohy uzáveru, napr. Kv100, čiže pri otvorení systému na 100 % (Kv10 pri otvorení systému na 10 %). Výrobcovia RO uvádzajú v katalógoch pri RO koeficient Kv v závislosti na zdvihu (uhlu pootočenia), čo predstavuje vlastne PCH RO pre vyššie uvedené parametre vody. Výpočet prietoku tekutiny cez RO Skriptá SaP kde k= ..S.√2. - prevodová konštanta pre QVv m3hod.-1, pozri firemný katalóg ak sa označí k = Kv (v – valve, ventil) V USA a Veľkej Británii sa používa Cv , pričom platí Kv = 0.865Cv (rôzna sústava jednotiek) PRS Akčné členy neelektrických veličín 26 14.10.2014

  27. Tabuľka na výpočet prietoku cez RO s koeficientom Kv ; ; PRS Akčné členy neelektrických veličín 27 14.10.2014

  28. Návrh svetlosti RO – Kv koeficient Skutočný prietok cez RO nie je len funkciou zdvihu uzáveru, ale aj funkciou viskozity, hustoty prúdiacej tekutiny, tlaku pred RO a tlakového spádu na RO. Prednosťou metódy koeficientuKv je, že umožňuje určiť maximálne prietoky rôznych látok cez RO pri daných tlakových spádoch podľa „reálnej“prietokovej rovnice – rovnice v tabuľke (napr. Qmax,100 → Kv100 , Qmax,50 → Kv50 , atď.). Výpočet koeficientu Kv, tj. Kv100 pre RO sa uskutoční po výbere KCH RO pre požadovanú PCH RO podľa vzťahov v tabuľke. Na základe znalosti KCH RO (katalóg) a vypočítaného (požadovaného) Kv100 sa z katalógu vyberie RO s najbližším vyšším Kv, čím je určená aj jeho svetlosť (DN), tj. určený RO (rozmery, hmotnosť, atď.).Kontrola PCH RO -kontrola krajných bodov Qmax, Qmin, tj., či je ešte v ich okolí možnosť riadiť prietok zmenou zdvihu. Vykonanie kontroly sa doporučuje pre aspoň tri body, tj. pre minimálne, nominálne a maximálne uvažované prietokové množstvo. Postup pri návrhu RO pomocou Kv koeficienta,tj, typ, svetlosť(DN, D), pohon • Tekutinový obvod a jeho prvky – popis, tekutina a jej parametre .,, p1, p2, - priebehy, max. a min. ∆p na RO, max. a min. Q pri dôležitých bodoch zdvihu (max., nominál, min.), kritické prúdenie, kavitácia) ← z technológie, odhady • Výber KCH RO podľa technologických podmienok jeho činnosti (RZ/O, Lin, Rov%), výber v katalógu: typ ventilu (RO) - dvojcestný, trojces... • Výpočet Kv100prostredníctvom reálnej rovnice z tab., tj. snaha o KCH RO ≈ PCH RO, • Zabezpečenie riadenia prietoku pri(Qmax., Qmin.)→Kvs100 = (1,2 až 1,3) Kv100, Qmin. = (0,1 až 0,15) Qmax.,výber v danom type RO najbližší vyšší . Kvs100, 5. Kontrola PCH RO (Qmax., Qnomin., Qmin.) pre príslušné Kv PRS Akčné členy neelektrických veličín 28 14.10.2014

  29. RO (ventil) – dvoj a trojcestný PRS Akčné členy neelektrických veličín 29 14.10.2014

  30. Návrh svetlosti RO – Kv koeficient V súčasnosti firmy zaoberajúce sa aplikáciou AČ v regulačných obvodoch ponúkajú firemné výpočtové programy, najčastejšie pre kompletný návrh ROod výpočtu koeficientu Kv až po určenie typu armatúry vrátane pohonu. Podrobné a ucelené informácie o návrhu AČ pre regulačné obvody rôznych, aj náročných riadených veličín, sú uvedené v [1]. PRS Akčné členy neelektrických veličín 30 14.10.2014

  31. Literatúra: • Emerson Process Management - Fisher: Control Valve Handbook. Marshalltown, Iowa 50158 USA. 2001. • Horváth, K.: Členy systémov automatického riadenia. SVŠT Bratislava, 1967 • Katalógy firiem LDM (CZ), Fisher-Emerson, Landis&Staefa, • Šturcel, J.: Snímače a prevodníky. STU Bratislava, 2002, ISBN 80-227-1712-6. • Šturcel, J.: Prvky riadiacich systémov, časť Meranie neelektrických veličín. STU Bratislava, 2004, ISBN 80-227-2120-4, podporné CD PRS Akčné členy neelektrických veličín 31 14.10.2014

  32. Výrobcovia: Sauter, Iwka, Siemens, Honeywell, Emerson Adresy dodávateľov: • http://www.servosystem.sk/produkty.htm • http://www.turo.sk/katalog/WEBY/apo_elmos/S-ARMAT.HTM • http://www.turo.sk/katalog/ • http://www.ldm.sk/katalog.html • http://www.martsk.sk/obchod/ • http://www.polnacorp.cz/ PRS Akčné členy neelektrických veličín 32 14.10.2014

  33. Koniec PRS Akčné členy neelektrických veličín 33 14.10.2014

More Related