Исполнительные устройства регулирования

 

Приборы и средства автоматизации, отвечающие современным требова­ниям, создаются в соответствии с единой Государственной системой приборов и средств автоматизации (ГСП).

По своей структуре ГСП. подразделяется на несколько самостоятельных ветвей в зависимости от вида вспомогательной энергии - пневматическую, электрическую аналоговую, электрическую дискретную, гидравлическую, а также ветвь регуляторов без вспомогательного источника энергии. В свою очередь, устройства каждой ветви ГСП подразделяются по функциональному признаку. Одни из них служат для получения информации, другие — для ее передачи и переработки, третьи используют эту информацию для воздействия на процесс.

Устройство системы автоматического управления или регулирования (САР), воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командной информацией, называется исполнительным устройством. Воздействие на про­цесс осуществляется изменением расхода проходящей через исполнительное устройство среды (управляющего расхода) таким образом, чтобы это изме­нение соответствующим образом повлекло за собой изменение регулируемого параметра. Вход исполнительного устройства - выходной сигнал управляю­щего устройства, выход - расход протекающей среды.

Исполнительные устройства состоят из двух основных функциональных блоков:

1. регулирующего органа - собственно клапана или заслонки (ис­полнительного органа), непосредственно воздействующего на процесс путем изменения пропускной способности;

2. исполнительного механизма (привода), предназначенного для управления исполнительным органом в соответствии с командной информацией, получаемой от управляющего устройства.

Исполнительные устройства устанавливают непосредственно на трубопро­водах (как технологических, так и магистральных), сосудах и различных ап­паратах. Они регулируют или поддерживают в заданных пределах параметры среды (температуру, расход, давление, уровень и т. п.), непосредственно или косвенно связанные с изменением расхода среды через исполнительное устройство.

В нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности широко применяют пневматические исполнитель­ные устройства.

Следует учесть, что перед вводом в процесс регулирующего воздействия осуществляется большое число операций по сбору информации о состоянии параметров процесса и по обработке этой информации с целью формирования воздействия на исполнительное устройство. Эти операции выполняются эле­ментами САР, характеризующимися определенными статическими и динами­ческими свойствами и точностными характеристиками. Чем сложнее система, тем большее число различных режимных и технико-экономических факторов она учитывает; чем сложнее алгоритм формирования управляющего сигнала, тем выше должны быть требования к исполнительному устройству. Следова­тельно, правильный выбор исполнительного устройства - одна из необходимых предпосылок эффективного использования современных систем управ­ления.

Рис.13.31. Двухседельный сальниковый регулирующий кла­пан:

I-регулирующий орган; II-исполнительный механизм; III-— позиционер; IV-боковой ручной дублер; 1-гайка; 2-шпилька; 3-сальник; 4-шлицевая гайка; 5-гайка сальника; 5-шток исполнительного механизма; 7-соеди­нительная гайка; 8-шток затвора; 9-затвор; 10-верхняя крышка; 11-втулка; 12-седла; 13-корпус; 14-нижняя крышка.

 

Для оптимального проектирования и оптимального выбора исполнитель­ных устройств необходимы соответствующие методики, позволяющие выбрать исполнительные устройства с оптимальными характеристиками при решении проектных и производственных задач, а также обеспечить их промышленный выпуск с оптимальными статическими и динамическими характеристиками.

Наиболее распространенное исполнительное устройство - двухседельный сальниковый регулирующий клапан с пневматическим мембранным пружин­ным исполнительным механизмом (рис.13.31). Оно состоит из регулирующе­го органа I и прямоходного мембранно-пружинного пневмопривода прямого действия II. Пневмопривод может быть укомплектован дополнительными бло­ками - позиционеров III, ручным дублером IV или одновременно и тем и другим.

При работе регулирующего клапана без позиционера мембранная камера исполнительного механизма соединяется пневмотрассой непосредственно с автоматическим регулятором или другим управляющим устройством. При работе регулирующего клапана с позиционером последний устанавливают на исполнительном устройстве и он воспринимает сигнал от управляющего устройства.

Регулирующий орган I двухседельнсго клапана (см. рис.13.31) имеет фланцевую проходную конструкцию. Регулирующий орган состоит из корпу­са 13, верхней 10, нижней 14 крышек и затвора 9. Верхняя и нижняя крышки установлены на корпусе. В корпус ввинчены два седла 12, образующие вме­сте с затвором проходное сечение для регулируемой среды. В верхнюю и нижнюю крышки запрессованы втулки 11, являющиеся направляющими для поступательно перемещающегося затвора. Шток 8 затвора при помощи спе­циальной соединительной гайки 7 жестко связан со штоком 6 исполнительно­го механизма. Уплотнение штока 8 осуществляется при помощи сальника 3, выполненного из шевронных фторопластовых колец, опирающихся на пру­жину. В процессе эксплуатации сальник может быть, подтянут гайками 5. Конструкция и размеры сальниковой камеры клапана позволяют заменить набивку из фторопластовых колец асбестовой. При этом вместо пружины в сальниковой камере устанавливают промежуточный фонарь, а в резьбовое отверстие сальниковой камеры вместо пробки помещают лубрикатор для подачи смазки.

Пневматический мембранно-пружинный исполнительный механизм прямого действия II устанавливают на верхней крышке 10 регулирующего органа I и закрепляют шлицевой гайкой 4.

При работе регулирующего клапана без позиционера командный сигнал (давление сжатого воздуха от 0,2 до 1,0 кгс/см²) подается непосредственно на мембрану исполнительного механизма. При этом создается усилие, которое, действуя на возвратную пружину привода и сжимая ее, перемещает шток 6 исполнительного механизма и соответственно шток 8 с затвором 9 регули­рующего органа. Затвор 9, поступательно перемещаясь относительно неподвижных седел 12, изменяет проходное сечение, а следовательно, и пропускную способность исполнительного устрой­ства. В результате этого по определенной зависимости изменяется расход транспорти­руемой через исполнительное устройство среды.

 

Основные параметры

Исполнительное устройство является элементом системы автоматического регулирования (САР), устанавливаемым непосредственно на технологическом или магистральном трубопроводе. Поэтому его основные параметры должны соответствовать как требованиям, предъявляемым к трубопроводной армату­ре, так и требованиям, предъявляемым к устройствам автоматики.

Основные параметры исполнительных устройств систем автоматического регулирования следующие:

- условное давление Р_у в кгс/см²;

- условный проход D_у в мм;

- тип присоединения к трубопроводу;

- допустимые условия вибрации;

- допустимый интервал температур регулируемой среды;

- допустимый перепад давления регулируемой среды;

- допустимый интервал температур и соответствующая относительная влажность окружающего воздуха;

- показатели надежности;

- срок службы;

- вид управляющей энергии;

- диапазон изменения входного сигнала;

- параметры питания;

- вид действия - нормальное положение затвора исполнительного устройства при отсутствии воздействия на него входного сигнала.