Лабораторна робота № 4. ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ РІВНЯ В ГОЛОВНОМУ КОНДЕНСАТОРІ

Мета роботи: 1) вивчення системи автоматичного регулювання рівня у головному конденсаторі; 2) дослідження впливу параметрів налагодження регулятора на показники якості САР.

1. Опис роботи системи. Принципова схема системи зображена на рис. 4.1. Мембранний датчик рівня 3 сприймає перепад тисків від змінного стовпа води в збірнику конденсату 1 і стовпа в порівнювальній посудині 2, куди для забезпечення сталості його рівня підведена від конденсатного насосу спеціальна підживлювальна трубка. При відхиленні рівня в конденсаторі важіль вимірювального органа (датчика рівня) повертає заслінку струминного гідравлічного підсилювача 7. У результаті змінюється перепад тисків на соплах реле 8, поршень сервомотора починає рухатися й переміщує шток дросельного клапана 14 та клапана рециркуляції 13, які управляють відводом конденсату зі збірника, і відновлює значення регульованої величини - рівня конденсату в головному конденсаторі 1. Поршень 12 ізодрома при цьому також переміщується, здійснюючи гнучкий зворотний зв'язок. Змінювати постійну часу сервомотора 17 можна за допомогою дросельного клапана Др.1, а постійну часу ізодрома - за допомогою клапана Др.2.

Рис.4.1 Принципова схема системи автоматичного регулювання рівня в головному конденсаторі

1 – головний конденсатор (об’єкт регулювання); 2 – порівняльна (конденсаційна) посудина;3-мембрана (чутливий елемент датчика рівня); 4-важіль; 5 – деаератор; 6- пружина, що задає; 7-струмний підсилювач; 8-реле підсилювача; 9 – теплообмінні апарати; 10 – дросель пристрою зворотного зв’язку; 11 – пристрій гнучкого (ізодромного) зворотного зв’язку; 12 - поршень пристрою зворотного зв’язку; 13 – клапан рециркуляції; 14 – дросельний клапан; 15 – конденсат ний насос; 16 – поршень сервомотора; 17 – сервомотор; 18 – пружина зворотного зв’язку

2. Математичний опис окремих елементів CAP. Рівняння всіх елементів системи, записані у відносних відхиленнях:

– рівняння вимірювального пристрою (рис. 4.1), що включає чутливий елемент (мембрана 3 датчика рівня), важільну систему 4, пружину 6, що задає й пружину 18 зворотного зв'язку :

,

де a - кут повороту важеля; k_з – коефіцієнт передачі пристрою, що задає; f_з – зміна дії, що задає; k_в – коефіцієнт передачі вимірювального пристрою; Н - зміна рівня в головному конденсаторі; z - переміщення поршня ізодрому; k_зз – коефіцієнт передачі зворотного зв’язку (ізодрому);

– рівняння гідравлічного підсилювача 7:

,

де Р –перепад тисків води в прийомних соплах гідравлічного підсилювача; k_п – коефіцієнт передачі підсилювача;

– рівняння виконавчого елемента (сервомотора) 17:

,

або

,

де T_с, k_с – постійна часу та коефіцієнт передачі сервомотора; m - хід поршня 16 сервомотора;

- рівняння ізодрому 11 :

,

або

,

де T_i – постійна часу ізодрому; b- коефіцієнт, який дорівнює відношенню об’єму, що описує поршень сервомотора при переміщенні з одного крайнього положення в інше до відповідного об’єму ізодрому; k_зз=βT_i – коефіцієнт передачі пристрою гнучкого зворотного зв’язку.

– рівняння регулювального органа - клапанів, за допомогою яких регулюється відвід води з конденсатора. Дросельний клапан 14 і клапан рециркуляції 13 профілюються таким чином, щоб їхня спільна характеристика була лінійною:

,

де G - витрата конденсату на деаератор; G₁ й G₂ - відповідно витрата конденсату через дросельний клапан 14 і клапан рециркуляції 13;

– рівняння об'єкта регулювання - збірника конденсату головного конденсатора 1:

,

або

,

де T_к, k_к – постійна часу та коефіцієнт передачі конденсатора; G_т – витрата пари на головний конденсатор.

Функціональна та структурна схеми системи автоматичного регулювання рівня в головному конденсаторі приведені на рис.4.2 та 4.3 відповідно. Від’ємна дія G із входу об’єкта регулювання перенесена на вхід елемента порівняння в головному зворотному зв’язку.

Чисельні значення постійних коефіцієнтів наведено в табл.4.1.

Рис. 4.2. Функціональна схема системи автоматичного регулювання рівня в головному конденсаторі:

ЧЕ – чутливий елемент; П - підсилювач; ВМ - виконавчий механізм(сервомотор); РО - регулюючий орган (дросельний і рециркуляційний клапани); ОР –об’єкт регулювання; ВП - вимірювальний пристрій; КП - корегуючий пристрій(ізодром, вбудований в зворотній зв’язок)

Рис. 4.3. Структурна схема системи автоматичного регулювання рівня в головному конденсаторі

Рис. 4.4. Схема набору моделі САР рівня в головному конденсаторі в Simulink

Таблиця 4.1