Курсовая: Система автоматического регулирования вязкости топлива
Описание устройства и взаимодействия элементов САР вязкости топлива и ее
функциональная схема Среди причин широкого применения
автоматических измерителей и регуляторов в настоящее время являются
две наиболее важные: усиливающаяся борьба с загрязнением окружающей среды и
широкое использование в качестве топлива продуктов перегона нефти с высоким
содержанием серы.
В судовых условиях вязкость является критическим параметром, поскольку прямо
определяет эффективность топливосжигания. Вязкость жидкости
обратнопропорциональна
ее температуре: однако, даже топлива одних марок имеют разные соотношения
между вязкостью. Часто сжигают и смеси топлив. Таким образом, нормальная
подготовка перед подачей его в двигатель подразумевает наличие
автоматического регулятора вязкости.
Рассмотрим элементы системы автоматического регулирования вязкости топлива
типа VISK-21P, а также правила их технического обслуживания. Изображение этой
САР приведено на рис.1, а схема САР вязкости топлива приведена на графическом
приложении (лист 1).
Измеритель вязкости и пневматический преобразователь.
Вал 2 мотора вращает с постоянной частотой вращения ведущую шайбу 1, которая
имеет радиальные пазы с изогнутым наружу краем. Лопатки постоянно прогоняют
через зазор 5 между дисками часть протекающего топлива. Вследствие
внутреннего трения между частицами топлива на поверхности ведомой шайбы 4
возникает крутящий момент, который разворачивает выходной валик 3 измерителя
на угол, пропорциональный текущему значению вязкости и зазору S между
шайбами. Этот момент передается на преобразователь, выходной пневматический
сигнал 14 которого пропорционален вязкости.
Плоскость, в которой поворачивается рычаг заслонки 8 преобразователя,
перпендикулярна плоскости выходного валика 3. При увеличении вязкости зазор
между соплом 7 и заслонкой 8 уменьшается и сигнал на входе усилителя 6
увеличивается, в такой же степени увеличивается и управляющий сигнал на выходе
14, который также передается в сильфоны 12 обратной связи, 5 Ц
пневмосопротивление. Оси сильфонов совмещены таким образом, что развиваемый ими
момент на рычаге 8 противоположен по знаку моменту А на валике 3 измерителя;
равновесие восстанавливается, когда эти моменты уравновешивают друг друга.
Конструкцией предусмотрена возможность смещения левого сильфона, как показано
левой стрелкой В, обеспечивая регулирование степени обратной связи
(коэффициента усиления измерителя). С уменьшением расстояния между осями
сильфонов коэффициент усиления возрастает, и наоборот. Начальную точку
диапазона измерения (нулевую точку) можно отрегулировать натяжением пружины 10,
пружина 11 Ц компенсационная. Выходной сигнал 14 измерителя является линейной
функцией вязкости топлива. Предусмотрена возможность
регулирования зазора S между шайбами 1 и 4; уменьшение этого зазора приводит к
увеличению коэффициента усиления измерителя. Общий вид пневмообразователя со
снятой крышкой показан на рис.1. Для контроля правильности настройки
предусмотрен груз 15, который следует при проверках надевать на штырек рычага
16. Измеритель вязкости снабжен термовыключателем, поскольку не рекомендуется
работать при слишком низких или чересчур высоких значениях температуры.
Термовыключатель срабатывает на запуск двигателя при нижнем значении заданной
температуры и на его остановку в случае угрозы перегрузки.
Регулирование измерителя
Регулировку зазора S между шайбами измерителя, как и другие, осуществляет
изготовитель. Контроль и регулировку нулевой точки производят натяжением или
ослаблением пружины 10, при этом диапазон регулирования перемещается
параллельно (коэффициент усиления остается const). Для смещений этого
диапазона используется также компенсационная пружина 11. Соответствие
выходного сигнала требуемому значению проверяют с помощью калибровочного
груза 15 (эти значения указаны на табличке, расположенной на внутренней
стороне крышки преобразователя).
Последовательность операций:
1) остановить двигатель датчика;
2) отвинтить груз 15 и положить его на рычаг 16;
3) проверить соответствие выходного сигнала требуемому значению;
4) при необходимости обеспечить это соответствие за счет изменения
натяжения пружины 10
5) снять груз, установить его на место, закрыть крышку и запустить
двигатель.
При регулировке диапазона изменения (коэффициента усиления) учитывают
зависимости его как от зазора S между шайбами, так и от типа (широкий или
нормальный) и положения левого из сильфонов 12. Зазор S, равный 0,6мм и
положение широкого сильфона должно соответствовать диапазону измерения
вязкости 0-40 сПз или 0-180с Рейдвуда. Расстояние между шайбами регулируют с
помощью штифта и гаечного ключа в соответсвия с инструкцией. Положение
сильфонов обратной связи меняют, ослабляя контрогайку, через которую
передается давление. При этом необходимо следить, чтобы ведущий штифт не
выскользнул из отверстия. Передвинуть сильфон в новое положение, гайку
закрепляют.
Пропорционально-интегральный регулятор САР вязкости топлива
Измерения давления рвых сжатого воздуха на входе регулятора трансформируется
геликоидальной пружиной 4 и тягой 1 в перемещениях черной стрелки 3,
регулирующей текущее значение вязкости топлива по шкале прибора
(градуированной в градусах Энглера и процентах). Эти перемещения, кроме того,
передаются звеном 5 рычагу 9, шарнирно соединенному с тягой 7 и несущему
заслонку 10 пневмоусилителя. Сопло 11 закреплено на рычаге 12, который
соединен со штоком сильфонов 14 и 22 обратной связи и опирается призму 13;
положение этой призмы при настройках устанавливаются по шкале зоны
пропорциональности, и опирается на призму 13; положение этой призмы при
настройках устанавливаются по шкале зоны пропорциональности регулятора,
градуированной от 0 до 200%.
К соплу 11 через дроссель 18 подводится сжатый воздух постоянного давления
ро=const от входа усилителя; в плоскости 15 усилителя устанавливается
давление, определяющееся зазором между соплом и заслонкой. Когда давление в
камере 19 увеличивается при смещении клапана 17 вниз, а уменьшением при
смещении диска двойной мембраны 16 вверх, когда открывается атмосферный
канал, поскольку клапана 17 в этом положении своим хвостовиком запирает
нижнее отверстие. Выходное давление рвых передается на управление
сервомотором парорегулирующего клапана, а также в систему обратной связи,
образованную сильфоном 14 пропорциональной составляющей сигнала управления,
сильфоном 22 интегральной составляющей, а также пневмоемкости 21 и дросселем
20 уставки постоянной времени интегрирования Ти. Регулятор снабжен
устройством для изменения уставки значения вязкости, которое будет
поддерживаться автоматически. Оно состоит из звена 8, соединенного с
установочным винтом красного рычага, тяги 7, несущей опору рычага 9
пневмозаслонки, сочленения 6 и красной стрелки 2, указывающей задание по
шкале регулятора. При увеличении давления рвх на входе регулятора
показывающая черная стрелка 3 переместится в направлении против часовой
стрелки, одновременно заслонка 10 приблизится к соплу 11, вследствие чего
давление в приемной камере 15 пневмоусилителя и давление на выходе регулятора
(в камере 19) повысится. Это увеличение в соответствии с ПИ-законом
регулирования подразделяют на пропорциональную и интегральную составляющие.
Пропорциональная составляющая действует, как жесткая отрицательная связь-
увеличение давления в плоскости сильфона 14 создает на рычаге 12 момент,
увеличивающий зазор между соплом и заслонкой за счет перемещения сопла 11;
это приводит к уменьшению давления в полости 15 усилителя. Интегральная
составляющая проявляется со скоростью, зависящей от степени открытия дросселя
20, накапливание давления в полости сильфона 22 замедляется. Направление
действия этой составляющей противоположно действию пропорциональной
составляющей Ц по мере нарастания давления в сильфоне 22 нижний конец рычага
12, несущего сопло 11 отклоняется вправо, приближая это сопло к заслонке 10 и
увеличивая, таким образом, давление в камере 15 усилителя и выходное давление
рвых регулятора (положительная гибкая обратная связь).
Действие интегральной составляющей заканчивается, когда давление в сильфонах
14 и 22 выравнивается, черная стрелка 3 указателя вязкости вновь совместится
с красной стрелкой 2 задания, это значит, что и выравнивание осуществляется с
нулевой неравномерностью (астатическая характеристика регулирования). При
оптимальной настройке дроссель 20 постоянной времени интегрирования
установлен так, что выравнивание давления в сильфонах 14 и 22 протекает с той
же скоростью, что и выравнивание вязкости топлива на выходе подогревателя к
заданному значению (в этом случае минимальные продолжительность и
перерегулирование). Если дроссель 20 перекрыть, это будет пропорциональный
регулятор.
Исходные данные для расчета
Расход топлива.....Вном=3000кг/ч
Нагрузка по топливу..В=2700кг/ч
Входное воздействие..Dрсвхо=9
Интервал времени....Dt=10c
1) Определяем коэффициент усиления Кlо по внешнему воздействию для
нагрузки по топливу В=2700 кг/ч
;
Определяем безразмерное значение Кlо в результате деления размерных величин
числителя и знаменателя на их базовые значения.
;
2) Зная ординату асимптоты Dh¥ =7,5 сR1 и возмущение поданное на сервомотор
DPсвхо=9кПа можно коэффициент усиления разомкнутой системы:
;
здесь 120сR1 и 80 кПа Ц принятые базовые значения вязкости и пневматического
сигнала (100-20=80 кПа).
3) Строим переходную функцию. Данные для построения этой функции берутся из
опыта. При аппроксимировании переходной функции за величину запаздывания Z
принимаем отрезок между началом координат и точкой пересечения касательной с
точкой абсцисс.
Из построения Z=14с
Постоянную То времени экспоненты разомкнутой системы определяем по времени
отклонения на 63,2% от нового установившегося состояния (ординаты асимптоты).
Из построения: То=66с
4) Расчет коэффициентов настройки производится по формуле (198) из [1].
;
;
Поскольку соответственно заданию система оборудована ПИ-регулятором, то
коэффициенты А, В, С, D для критерия от абсолютных значений отклонения
выбранные по таблице 9 из [1] будут равны: А=1; B=0.99; C=1.6; D=0.71
;
c;
Рассчитанные значения округляются, передаточная функция ПИ-регулятора в
данном случае записывается в виде:
;
Здесь S Ц преобразователь Лапласа
Величи-на | Время, с | |||||||||||||||||||||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 90 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 | 180 | 190 | 200 | ||||
| Зарегистрированное в опыте изменение вязкости h(cR1) | 65.5 | 65.3 | 64.7 | 64.0 | 63.2 | 62.5 | 61.8 | 61.2 | 60.7 | 60.3 | 60.0 | 59.6 | 59.3 | 59.1 | 58.9 58. | 58.7 | 58.6 | 58.5 | 58.4 | 58.3 | 58.3 | |||
Приращение Dh=h-ho, сR1 | 0 | 0.2 | 0.8 | 1.5 | 2.3 | 3.0 | 3.7 | 4.3 | 4.8 | 5.2 | 5.5 | 5.9 | 6.2 | 6.4 | 6.6 | 6.8 | 6.9 | 7.0 | 7.1 | 7.2 | 7.2 | |||
Показатель | Настроеч-ные параметры | Коэффициенты характеристического уравнения | Коэффициенты точек на диаг- рамме Вышнеградского | |||||
| Оптимальное значение | 10 | 40 | 18480 | 1352 | 225 | 6 | 1,036 | 2,647 |
Усиление завышено | 15 | 40 | 18480 | 568 | 317 | 8 | 0,393 | 3,031 |
Усиление занижено | 5 | 40 | 18480 | 2136 | 132 | 3 | 2,058 | 2,470 |
Время интег- рирования завышено | 10 | 80 | 27200 | 2704 | 489 | 6 | 1,599 | 5,065 |
Время интег- рирования занижено | 10 | 20 | 6880 | 676 | 93 | 6 | 1,012 | 1,522 |