Меню

Регулятор прямого действия для своей работы

Регулятор температуры прямого действия — устройство и принцип работы

Основной задачей любой системы отопления является поддержание комфортной температуры в отапливаемом помещении. Одним из способов решения этой задачи является применение регуляторов температуры, с помощью которых регулируется поток теплоносителя в системе отопления и горячего водоснабжения.

В современных системах отопления используются регуляторы температуры двух типов: прямого и непрямого действия.

Регулятор температуры прямого действия — устройство и принцип работы

Регуляторы температуры непрямого действия – это, в основном, электронные приборы. В них для активации регулирующего температуру механизма используется энергия внешнего источника. В общем виде устройство терморегуляторов непрямого действия можно описать схемой: датчик температуры — электронный блок обработки и регулировки — регулирующий механизм подогрева/охлаждения.

В терморегуляторах прямого действия для перемещения регулирующего механизма используется энергия, поступающая от чувствительного элемента, при этом не требуется наличие дополнительного источника энергии.

Регулятор температуры прямого действия представляет собой клапан с изменяющимся проходным сечением, который управляется с помощью термостатического чувствительного элемента.

В основе принципа работы регулятора температуры прямого действия лежит тепловое расширение жидкости или газа в замкнутом объеме. В качестве замкнутого объема используется внутренняя полость датчика температуры, заполненная рабочей средой. Датчик температуры соединен с сильфоном регулятора с помощью капиллярной трубки. При изменении температуры окружающей среды изменяется объем рабочей среды внутри датчика, что приводит к изменению давления, которое через капиллярную трубку передается на сильфон. Под действием давления сильфон в свою очередь меняет свои геометрические размеры (при увеличении давления вытягивается, при уменьшении – втягивается). Один конец сильфона жестко связан со штоком, который давит на заслонку регулирующего клапана, открывая или закрывая ее, тем самым регулируя интенсивность потока теплоносителя через регулятор.

Конструктивно клапан терморегулятора прямого действия представляет собой линейный односедельный клапан, разгруженный по давлению, и мало чем отличается от клапанов, использующихся в пневматике и гидравлике, пусть с другими типами привода. Корпус клапана изготавливается из чугуна, стали, бронзы или латуни в зависимости от области его применения. Присоединение к трубопроводу может быть фланцевым и резьбовым.

По реакции на изменение температуры регуляторы делятся на нормально закрытые (открываются с ростом температуры) и нормально открытые (закрываются с ростом температуры). В качестве рабочей среды заполняющей датчик и сильфон могут использоваться различные жидкости, газы, парафин или газоконденсатная смесь, в зависимости от диапазона регулирования температуры.

По способу установки различают три типа датчиков температуры: накладные, погружные и интегрированные.

Накладные датчики температуры крепятся на трубопровод с помощью специальных хомутов. Необходимо только зачистить место соприкосновения трубы с датчиком для лучшей теплопередачи. Для сохранения точности измерений нужно проводить периодическое сервисное обслуживание — проверка состояния контактной площадки и затяжку хомутов. Достоинствами накладных датчиков является простота и легкость их установки, а также отсутствие дополнительного гидравлического сопротивления в трубопроводе с теплоносителем. Основным недостатком накладных датчиков температуры является их высокая инерционность, что увеличивает время срабатывания терморегулятора.

Погружные датчики температуры врезаются непосредственно в трубу с теплоносителем. Врезка осуществляется напрямую (прямой контакт с теплоносителем) или через защитную гильзу. Погружные датчики температуры обладают значительно меньшей инерционностью, чем накладные, благодаря чему они обеспечивают более точное регулирование процессов. К недостаткам погружных датчиков можно отнести дополнительное гидравлическое сопротивление, создаваемое в трубопроводе, и необходимость проведения сварочных работ при их установке. Кроме того, при установке погружных датчиков на трубопроводах малых диаметров (DN меньше 65) требуется применение специальных расширительных карманов для более полного погружения гильзы. Это обусловлено тем, что длины защитных гильз унифицированы для целого ряда условных диаметров трубопроводов.

Интегрированные датчики температуры встраиваются непосредственно в корпус регулятора температуры. Регуляторы с интегрированными датчиками устанавливаются непосредственно на трубу с теплоносителем.

Читайте также:  Схема регулятор накала лампы

Основные технические характеристики регуляторов температуры прямого действия, характеризующие их работу:

  • время срабатывания (постоянная времени), зависящее от конструкции термоэлемента (сильфона, капиллярной трубки) и способа установки датчика температуры, который определяет его инерционность;
  • диапазон регулирования температуры (температура среды, в пределах которой регулятор может выполнять регулировку);
  • зона пропорциональности (отклонение температуры от заданного значения, при котором клапан полностью открыт или полностью закрыт), зависящее от заданного значения температуры в пределах диапазона регулирования и определяется с помощью номограмм, которые приводятся в технической документации на регулятор;
  • гистерезис (отклонение температуры среды от заданного значения, при котором задвижка клапана начинает двигаться, другими словами, минимальное изменение температуры, на которое реагирует регулятор);
  • DN регулятора температуры (номинальный диаметр отверстия присоединительных патрубков) используется для унификации типоразмеров всей трубопроводной арматуры;
  • PN регулятора температуры (номинальное давление) – максимально допустимое избыточное давление при температуре рабочей среды 20°С, при котором допускается длительная безаварийная эксплуатация регулятора;
  • KN регулятора температуры (коэффициент пропускной способности) – расход воды при температуре 20°С, при котором перепад давления на входе и выходе клапана составляет 1 бар (используется при гидравлическом расчете для вычисления потерь напора в системах отопления).

Источник



Регулятор прямого действия.

Читать вопрос № 23.

Регуляторы прямого действия служат для поддержания постоянного давления в трубопроводе, эта необходимость может возникнуть в реальных рабочих условиях, когда в нём происходят колебания давления рабочей среды, недопустимые для нормальной работы технологической системы или установки.

В отличие от арматуры непрямого действия, в которой для непрерывного регулирования нужно отслеживать специальными датчиками состояние контролируемого параметра и при его отклонении от нормы выдавать командный сигнал приводу, регулятор прямого действия срабатывает непосредственно от среды в контролируемом участке трубопровода без использования посторонних источников энергии. Кроме таких регуляторов, арматурой прямого действия являются предохранительные клапаны, относящиеся к предохранительной арматуре и обратные клапаны, относящиеся к защитной арматуре.

Регулирование давления может производиться после регулятора (по направлению потока среды), в этом случае регулятор называют «После себя», или перед ним, в этом случае он называется «До себя».

Предположим, что заданному номинальному давлению в трубопроводе соответствует установившийся поток среды через регулятор, при этом усилие от давления среды на чувствительном элементе компенсируется задатчиком нагружения (пружиной или грузом), то есть система находится в равновесии. При изменении давления в трубопроводе это равновесие нарушается и затвор арматуры перемещается, преодолевая усилие от задатчика, или наоборот, поддаваясь ему, при этом изменятся степень открытия регулирующего органа, а следовательно и расхода среды. С изменением расхода меняется давление и, при достижении исходного его значения, система снова приходит в равновесие и затвор прекращает двигаться.

Наиболее часто встречаются регуляторы прямого действия, оснащенные мембранными приводами. Присоединение регуляторов к трубопроводу, как правило, фланцевое, однако, встречаются регуляторы малых диаметров с резьбовым соединением (муфтовые).

Источник

Регуляторы прямого и непрямого действия

Системой прямого регулирования называется такая система, у которой измерительный элемент непосредственного связан с регулирующим органом.

Система непрямого регулирования – это система, у которой измерительный элемент воздействует на регулирующий орган через активные устройства.

Активные устройства – это устройства, которые либо содержат источники энергии, либо используют для своей работы энергию посторонних источников.

В регуляторах прямого действия ЧЭ должны развивать значительные усилия, необходимые для перемещения рейки ТНВД. Поэтому регуляторы прямого действия обычно устанавливают на двигателях малой и средней мощности, не требующих высокой точности регулирования и больших перестановочных усилий реек.

Читайте также:  Регулятор до себя для азота

Регуляторы непрямого действия используют для автоматизации мощных судовых дизелей и газовых турбин. Они способны развивать необходимую мощность благодаря использованию сервомоторов, которые могут быть гидравлическими, пневматическими и электрическими.

Регуляторы прямого действия отличаются простотой конструкции и принципа действия (рис. 67). При нарушении установившегося режима вследствие уменьшения нагрузки двигателя произойдет увеличение частоты вращения приводного вала 4 и центробежной силы грузов 5. Под действием центробежной силы муфта 6 будет перемещаться влево, преодолевая усилие задающей пружины 7. В результате этого рычаг 10 будет поворачиваться вокруг опоры 11 по часовой стрелке, перемещая посредством тяги 1 топливную рейку 2 на уменьшение подачи топлива в двигатель 3. При увеличении нагрузки работа регулятора будет происходить аналогичным образом, но в противоположном направлении. Управление автоматизированным двигателем производится путем воздействия на тягу 9 изменения задания, которая изменяет с помощью рычага 8 деформацию задающей пружины 7 чувствительного элемента.

Регуляторы непрямого действия в зависимости от наклона статической регуляторной характеристики или типа обратной связи могут быть статическими (пропорциональными) с ЖОС, астатическими (интегральными) без обратной связи и универсально-статическими (ПИ или изодромными) с изодромной обратной связью.

Регуляторы частоты вращения непрямого действия.

В качестве усилителей регуляторов непрямого действия (рис. 73) широкое распространение получили гидравлические сервомоторы (серводвигатели), которые обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами сервомоторов. К этим преимуществам следует отнести высокую скорость сервомотора, возможность мгновенной остановки поршня в любом его положении, большую мощность перестановочного воздействия на регулирующий орган, отсутствие необходимости в смазывании, конструктивную простоту и надежность действия. Управляет движением поршня золотник, связанный с центробежным ЧЭ. Кроме того, в состав регулятора непрямого действия входят вспомогательные устройства, обеспечивающие снабжение усилителя рабочей средой постоянного давления.

Астатический регулятор. Изучение регуляторов непрямого действия целесообразно начать с астатического регулятора (рис. 74). Этот регулятор не получил применения для автоматизации судовых двигателей, однако рассмотрение его обусловлено необходимостью сравнительного анализа с более сложными регуляторами статического и изодромного типов.

При изменении частоты вращения муфта ЧЭ будет перемещать управляющий золотник, который откроет доступ масла высокого давления в одну из полостей сервомотора. В результате воздействия сервопоршня на топливную рейку будет изменяться топливоподача в двигатель, т. е. будет восстанавливаться заданная частота вращения. Окончанию процесса регулирования соответствует возврат золотника в исходное положение под действием центробежных грузов и остановка сервопоршня. При этом расстояние между крайними витками пружины задания останется прежним. Поэтому в новом установившемся режиме будет точно заданное значение частоты вращения.

В отличие от астатического статический регулятор имеет ЖОС, которая осуществляет обратное пропорциональное воздействие сервопоршня на пружину задания ЧЭ, что обусловливает наклон регуляторной характеристики.

Принцип действия статического регулятора частоты вращения (рис. 78) состоит в следующем. При уменьшении нагрузки двигателя и увеличении частоты вращения центробежных грузов произойдет смещение муфты и управляющего золотника влево. В результате этого поршень сервомотора начнет двигаться вправо, уменьшая подачу топлива в двигатель. Одновременно верхний конец С рычага обратной связи будет перемещаться вправо, сжимая пружину задания и возвращая управляющий золотник в исходное положение. Процесс регулирования закончится, когда под действием рычага обратной связи и центробежных грузов золотник вернется в исходное среднее положение и сервопоршень остановится. При этом рычаг обратной связи и пружина окажутся в положении, отличном от исходного. Новому установившемуся режиму будет соответствовать большая деформация пружины задания и более высокая частота вращения вала двигателя, чем в исходном установившемся режиме.

Если установившийся режим будет нарушен в результате увеличения нагрузки двигателя, то работа регулятора будет происходить аналогичным образом, но в противоположном направлении. После окончания процесса регулирования в новом установившемся режиме частота вращения вала двигателя будет меньше, чем в исходном установившемся режиме.

Читайте также:  Бензин регулятор евро 92

Таким образом, статический регулятор обеспечивает работу двигателя по наклонной регуляторной характеристике, что позволяет, как отмечалось выше, существенно уменьшить перегрузки и недоиспользование мощности двигателя по сравнению с его работой по вертикальной регуляторной характеристике.

В результате действия ЖОС обеспечивается пропорциональная зависимость между положениями поршня сервомотора и частотами вращения вала двигателя при различных нагрузках. Поэтому статические регуляторы называют пропорциональными, или П-регуляторами.

Универсально-статический (изодромный) регулятор. В цепи обратной связи универсально-статического регулятора частоты вращения (рис. 80) показана одна из возможных конструкций изодромного устройства И, состоящего из цилиндра с поршнем и дроссельного клапана К Цилиндр изодрома жестко соединен со штоком сервомотора, а поршень изодрома шарнирно связан с верхним концом рычага обратной связи АВС, на который действует пружина П изодрома. Полости изодрома сообщаются между собой через регулируемое проходное сечение дроссельного клапана.

Работает изодромный регулятор следующим образом. Если нагрузка двигателя уменьшится и произойдет увеличение частоты вращения приводного вала ЧЭ, муфта и управляющий золотник сместятся влево, а поршень сервомотора начнет двигаться вправо, уменьшая подачу топлива в двигатель. Одновременно с поршнем сервомотора будет перемещаться цилиндр изодрома. Вследствие малого проходного сечения дроссельного клапана масло не будет успевать перетекать из одной полости изодрома в другую, поэтому поршень изодрома будет двигаться вместе с его цилиндром. На этом этапе изодромный регулятор работает аналогично статическому регулятору, т. е. обратная связь осуществляет выключающее воздействие на золотник, возвращая его в исходное положение и прекращая движение поршня сервомотора.

Однако на этом работа изодромного регулятора не заканчивается, так как теперь растянувшаяся пружина изодрома перемещает поршень изодрома влево по мере перетекания масла из левой полости изодрома в правую часть через дроссельный клапан. Нетрудно видеть, что это движение поршня изодрома будет происходить до тех пор, пока пружина изодрома не вернется в исходное положение, т. е. ее усилие станет равным нулю. В результате этого может произойти новое открытие окон золотника и дополнительное перемещение поршня |сервомотора на уменьшение подачи топлива. Процесс регулирования закончится, когда поршень изодрома и управляющий золотник (точки С и В) вернутся в исходное положение. При этом в исходном положении окажутся рычаг обратной связи и пружины задания ЧЭ, Поэтому в новом установившемся режиме деформация пружины задания останется прежней и частота вращения вала двигателя будет равна заданной.

При увеличении нагрузки двигателя и уменьшении частоты вращения его вала работа изодромного регулятора будет происходить аналогичным образом, но в противоположном направлении. В новом установившемся режиме с увеличенной подачей топлива частота вращения будет равна также заданному значению.

Анализируя работу изодромного регулятора, следует заметить, что воздействие обратной связи на ЧЭ в конце процесса регулирования компенсируется в результате перемещения поршня изодрома под действием пружины изодрома. Поэтому изодромную обратную связь называют исчезающей или гибкой. Таким образом, в процессе; регулирования изодромный регулятор в начале переходного процесса действует как пропорциональный, а в конце — как интегральный, что дает основание считать его пропорционально-интегральным, или ПИ-регулятором.

Изодромные регуляторы частоты вращения получили широкое распространение для автоматизации судовых двигателей, так как они обеспечивают высокие динамические качества АСР.

Стремясь обеспечить работу главных двигателей и двигателей генераторов по наклонным регуляторным характеристикам для уменьшения перегрузок и обеспечения возможности параллельной работы, изодромные регуляторы кроме ГОС часто снабжают ЖОС.

Источник