Пружинні і поршневі сигналізатори використовують при тиск 2,5-60 МПа (25-600 кгс/см2;), сильфонні і мембранні при 0,02-0,25 МПа (0,2-2,5кгс/см2).

Манометр електроконтакту типу ЕКМ за принципом дії і пристроєм подібний до звичайного манометра з одновитковою пружиною. Сигнальний пристрій приладу (рисунок 1.6) має два настановні контакти: мінімальний (нижній) і максимальний (верхній), які замикаються з рухомим контактом, встановленим співвісно з вимірювальною стрілкою приладу. Настановні контакти за допомогою штифта, розташованого на лицьовій частині приладу, можуть переміщатися на відповідне завдання.

Рисунок 1.6 – Електричний контактний манометр:

1 – контакт максимального тиску; 2 – загальний контакт;

3 – контакт мінімального тиску

В мембранних сигналізаторах тиску типів ДТ, ДН і СПДМ в якості чутливого елемента використовується еластична мембрана, виконана з прогумованої тканини. Плоска мембрана 2, сигналізатора тиску типу ДН (рисунок 1.7,а), зв'язана зі штоком 1, який при зміні контрольованого тиску, що поступає через штуцер 4 в порожнину датчика 3, замикає або розмикає контакти мікроперемикача 6, встановленого на корпусі сигналізатора. Настройка діапазонів спрацьовування проводиться за допомогою протидіючої пружини 5.

а) б)

Рисунок 1.7 – Сигналізатори тиску:

а – типу ДН:

1 – шток; 2 - мембрана; 3 – порожнина датчика; 4 – штуцер; 5 – пружини; 6 – мікроперемикач;

б – типу ДД:

1 – перемикач; 2 – пружини задатчика; 3 – штовхач; 4 – сильфон; 5 – штуцер

Сильфонні сигналізатори тиску типів РД, ДД мають велику чутливість в порівнянні з вищеописаними типами сигналізаторів, оскільки чутливими елементами таких сигналізаторів є сильфони. Прилади типу ДД (датчик тиску), складаються з трьох уніфікованих вузлів – чутливого елементу, пружинного задатчика і перемикаючого пристрою (рисунок 1.7,б). При підвищенні тиску контрольованого середовища, що поступає через штуцер 5, сильфон 4 деформується, долає зусилля протидіючої пружини 2 задатчика і штовхачем 3 перемикає мікроперемикач 1.

Сигналізатори тиску типів ДН, ДТ, РД, ЕКМ прості і надійні в експлуатації, тому вони широко застосовуються в захисті технологічного обладнання.

Рисунок 1.8 – Реле тиску РД:

1,6 – важіль; 2 – сильфон; 3 – штовхач; 4 – корпус; 5 – вісь; 7 – шкала; 8,14 –пружини; 9 – покажчик; 10 – гвинт диференціала; 11 – шкала; 12 – гвинт; 13 – покажчик значення тиску; 15 – перемикач.

На рисунку 1.8 представлено реле тиску. Реле тиску призначено для контролю і сигналізації тиску в технологічних установках. Чутливим елементом приладу є сильфон 2. Окрім механізму настройки тиску спрацьовування реле має механізм настройки диференціала. Принцип дії приладу заснований на урівноваженні сили тиску, діючої на сильфон 2, силою пружних деформацій регулювальної пружини 14. При підвищення вимірюваного тиску Р сильфон 2 деформується і долає опір пружини 14. Коли тиск Р досягає заданого значення (шкала 11), важіль 1 перемикає контакти мікроперемикача 15.

При пониженні тиску Р на величину диференціала, заданого за шкалою 7 пружиною 8, важіль 1 виконає зворотне перемикання мікроперемикача 15.

1.4 Постановка завдання

Необхідно спроектувати систему автоматичного регулювання тиску пари в котлі, здійснити підбір технічних засобів, виконати математичний опис функціональних складових системи, розрахувати параметри елементів САР, побудувати імітаційну модель системи та дослідити статику та динаміку даної системи з використанням середовища моделювання. Система повинна підтримувати тиск пари в котлі на сталому рівні, швидко реагувати на зміну вхідної дії і ефективно послабляти вплив збурення, тобто при виявленні властивостей, що негативно впливають на працездатність САР, система повинна компенсувати їх або зменшити вплив цих факторів. При необхідності забезпечити регулювання оптимальним регулятором та синтезувати структурну схему системи, що має задані показники якості.

При вирішенні поставленого завдання необхідно послідовно вирішити наступні задачі:

Здійснити пошук та дослідження існуючих систем регулювання тиску пари в котлі.

Описати роботу схеми управління і призначення її окремих елементів.

Скласти функціональну схему системи автоматичного регулювання тиску пари в котлі.

Записати диференціальні рівняння і функції передачі окремих динамічних ланок САР.

Скласти структурну схему системи автоматичного регулювання, дослідити САР на стійкість.

Вибрати регулятор для покращення динамічних характеристик САР та розрахувати його параметри.

Побудувати перехідні часові характеристики САР, як реакції замкнутої системи на одиничну сходинкову дію.

2 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ТИСКУ

У даному проекті розглядається одновимірна система автоматичного регулювання тиску пари в котлі. Розглянемо принцип роботи такої системи, призначення та взаємозв’язок її окремих елементів. До складу системи входять такі елементи: датчик тиску з вимірювальним перетворювачем, диференціатор, серводвигун, регулюючий вентиль і паровий котел.

2.1 Класифікація парових котлів

Парові котли класифікують за продуктивністю:

- з продуктивністю менше тонни пари за годину (котли парові електродні КЭП, котел Д-900, котел паровий КВ-300, парові котли Д-721ГФ, котел паровий КП-0.12, котли КСП-300 і КСП-500);

- з продуктивністю 1 тонна пари за годину (котли парові Е-1.0-0.9М-З, Е-1.0-0.9Г-З, Е-1.0-0.9Р-З);

- з продуктивністю більше тонни пари за годину (парові котли Е-2.5-0.9 ГМ з газомазутними топками, парові котли ДКВР-2.5, ДКВР-4, ДКВР-6.5 і ДКВР-10 з газомазутними топками).

2.1.1 Барабанний паровий котел як об’єкт управління

Принципова схема технологічного процесу, що протікає в барабанному паровому котлі, показана на рисунку 2.1, схема циркуляційного контуру – на рисунку 2.2 [1].

Рисунок 2.1 – Принципова технологічна схема барабанного котла:

ГПЗ – головна парова засувка; РПК – регулюючий живильний клапан

Паливо поступає через горілочні пристрої в топку 1, де спалюється факельним способом. Для підтримки процесу горіння в топку подається повітря в кількості QВ, за допомогою вентилятора ДВ. Повітря заздалегідь