Опис конструкції і принципу дії регулятора

043-30

Методичні вказівки і завдання

до виконання самостійної роботи з дисципліни „Основи автоматики і автоматизація виробничих процесів” студентами за напрямом підготовки 6.060103 „Гідротехніка (водні ресурси)” денної форми навчання

Рекомендовано до друку методичною комісією за напрямом «Гідротехніка (водні ресурси)»

Протокол № 9 від 24.05.2011 р.

Рівне 2011

Методичні вказівки і завдання до виконання самостійної роботи з дисципліни “Основи автоматики і автоматизація виробничих процесів” студентами за напрямом підготовки 6.060103 „Гідротехніка (водні ресурси)” денної форми навчання / С.К.Матус – Рівне: НУВГП, 2011 – 18 с.

Упорядник: С.К. Матус, ст. викладач

Відповідальний за випуск Б.О. Баховець, професор, завідувач кафедри.

Передмова

Для кращого засвоєння і розуміння теоретичного матеріалу з дисципліни «Основи автоматики і автоматизація виробничих процесів», передбачено виконання розрахунково-графічної роботи студентами денної форми навчання.

Розрахунково-графічна робота складається з однієї задачі. Варіант завдання студенти визначають за останніми цифрами номера (шифру) залікової книжки.

При виконанні РГР студенти засвоюють матеріал, викладений на лекціях, вчаться досліджувати та аналізувати автоматизовані системи водорегулювання на меліоративних системах.

Розрахунково-графічна робота виконується у виді пояснювальної записки. Записку оформляють на аркушах формату А4.

При виконанні роботи необхідно дотримуватись таких вимог:

- на титульній сторінці вказують зверху назви навчального закладу, факультету і кафедри;

- повну назву роботи;

- нижче, з правої сторони, потрібно написати “Розрахунково-графічну роботу виконав...” і далі прізвище, ім’я і по батькові, номер залікової книжки;

- прізвище та ініціали викладача;

- внизу сторінки проставляють рік виконання;

- на другій сторінці записують завдання.

В кінці роботи приводять список використаної літератури.

Пояснювальна записка має бути представлена у друкованому або рукописному вигляді.

Задача

Мета цього завдання – навчитись аналізувати роботу лінійних систем автоматичного регулювання і розраховувати їх параметри за умови монотонного перехідного процесу.

Обсяг завдання:

1.1. скласти опис конструкції і принципу дії системи автоматичного регулювання рівня води;

1.2. визначити конструктивні параметри регулятора;

1.3. динаміка системи автоматичного регулювання, виведення рівняння, що описує перехідний процес в системі автоматичного регулювання рівня води;

1.4. визначити коефіцієнт в’язкого тертя за умови монотонного перехідного процесу, умова стійкості;

1.5. побудувати статичну характеристику систем автоматичного регулювання.

Вихідними даними для розрахунків є витрата і розрахункова глибина нижнього б’єфу , які приведені в табл.1 і табл.2.

Таблиця 1

Одиниці шифру
	0,70	0,65	0,60	0,55	0,50	0,45	0,40	0,35	0,30	0,25

Таблиця 2

Десятки шифру
	0,75	0,8	0,85	0,9	0,95	1,0	1,05	1,1	1,15	1,2

Опис конструкції і принципу дії регулятора

На водовипусках з магістральних каналів використовують, в основному, регулятори прямої дії. З багатьох конструкцій цих регуляторів досить надійним у роботі є циліндричний регулятор.

На рис.1 представлена конструктивна схема трубчастого водовипуску з магістрального каналу, яка забезпечує автоматичне регулювання рівня води у нижньому б’єфі при зміні витрати і рівня води у верхньому б’єфі. Такі системи використовують на водовипусках із магістральних каналів при гідравлічних перепадах не менше 0,7 м і витратах до 10 м³/с.

Наведена на рис.1 система регулювання складається із об’єкта регулювання – нижнього б’єфу, циліндричного регулятора і вимірювального колодязя, який з’єднаний з нижнім б’єфом.

Рис.1. Конструктивна схема системи автоматичного регулювання рівня води.

Рівень води у нижньому б’єфі задається переміщенням поплавка. Цій системі відповідає функціональна схема, яка приведена на рис.2.

Рис. 2. Функціональна схема

Регульованою величиною в системі є рівень води , а збуренням – витрата з нижнього б’єфу .

Циліндричний регулятор рівня води складається з трубопроводу 1 з конфузором 11, запірного металевого циліндра 7, який виконує функцію регулюючого органу, важеля 6 і поплавка 4. У нижній частині циліндра знаходиться діафрагма з центральним отвором 8, яка виконує роль демпфера (гідравлічна диференціююча ланка, яка гасить коливання циліндра). Відбивач у вигляді парасольки 9, який кріпиться за допомогою чотирьох стояків до фланця конфузора, збільшує коефіцієнт витрати регулятора за рахунок зміни напрямку потоку води, що виходить із конфузора. Гумовий ущільнювач 10 забезпечує необхідну герметичність в закритому стані регулятора.

Вимірювальний колодязь 3 сполучений з нижнім б’єфом трубою 12, а з верхнім – трубкою 13. На трубі 12 і трубці 13 встановлені вентилі вибору режимів роботи: при відкритому вентилі на трубці 13 і закритому – на трубі 12 регулятор буде закритим, бо рівень води в колодязі зрівняється з рівнем води у верхньому б’єфі; поплавок підніметься, циліндр опуститься і під дією своєї ваги щільно закриє конфузор; при відкритому вентилі на трубі 12 і закритому – на трубці 13 регулятор переводиться на автоматичне регулювання, бо рівні води в колодязі і нижньому б’єфі будуть однаковими.

Зверху поплавок має привантажувальну камеру 5, яка по трубі 2 наповнюється водою, коли рівень води у верхньому б’єфі підніметься до аварійної позначки .

При наповненні камери водою вага поплавка збільшується, що спричиняє повне відкриття регулятора. Внаслідок цього скид води у нижній б’єф значно збільшиться і не виникає переповнення верхнього б’єфу. Коли рівень води опуститься нижче позначки , вода із привантажувальної камери поступово витече через невеликий отвір і регулятор перейде на режим автоматичного регулювання рівня води у нижньому б’єфі.

Принцип дії регулятора полягає у зрівноважуванні моментів, що діють на важіль. В усталеному режимі момент від маси поплавка і виштовхувальної сили дорівнює моменту від маси циліндра :

, (1)

де і плечі важеля.

При зміні втрати води з нижнього б’єфу, наприклад, на , знижується рівень води в ньому і у вимірювальному колодязі, що спричиняє зменшення сили . Рівність /1/ порушується і циліндр почне переміщуватись вверх, збільшуючи подачу води у нижній б’єф. Цей процес буде йти доти, доки не наступить знову рівність моментів (1).

Вихідними даними для розрахунку є витрата , розрахункова глибина нижнього б’єфу ;

, де і плечі важеля.