ГЛАВА 8. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ
ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Характерной особенностью регуляторов прямого действия является то, что они перемещают регулирующий орган за счет энергии, передаваемой от объекта регулирования измерительному элементу регулятора при отклонении регулируемого параметра от заданного значения. Эти регуляторы не содержат промежуточных преобразователей (управляющего устройства, усилителя и пр.) между измерительным элементом и регулирующим органом.
В связи с такой особенностью устройства регуляторы не могут создавать значительных усилий для перемещения регулирующего органа, так как по условию конструирования измерительные элементы должны иметь минимальные габариты. Они не приспособлены для производства сложного регулирующего воздействия и для дистанционного управления регулирующим органом.
Несмотря на указанные недостатки, регуляторы прямого действия все же широко используются в технике для автоматического регулирования температуры, давления жидких и газообразных сред, уровня жидкости и т. п.
РЕГУЛЯТОРЫ ТЕМПЕРАТУРЫ
Регулятор температуры прямого действия РПД (рис. 32) состоит из измерительного элемента манометрического типа (термосистемы) и регулирующего органа.
Основными частями измерительного элемента являются сильфон 1, капилляр 2, термобаллон 3, кожух 4. Объем этого элемента частично заполнен жидкостью, температура кипения которой при атмосферном давлении ниже регулируемой температуры.
Основными частями регулирующего органа являются золотник 5, седла 6 (верхнее и нижнее), корпус 7, верхняя и нижняя крышки 8 и 9, шток 10, пружина 11, гайка 12, сальник 13, смазочное устройство 14.
Рис. 32. Регулятор температуры прямого действия РПД.
Регулятор РПД из-за наличия жесткой обратной связи (пружины 11) осуществляет статическое регулирование. Пусть регулируемая среда, в которую погружен термобаллон 3, имеет заданную температуру. Тогда под влиянием давления насыщенных паров кипящей жидкости сильфон 1 развивает такое усилие, что оно уравновешивается предварительно отрегулированным усилием пружины. Золотник 5 оказывается неподвижным. При повышении температуры по сравнению с заданной давление паров возрастает, равновесие нарушается, сильфон 1, преодолевая усилие пружины, сжимается и через шток 10 смещает золотник вниз; дальнейшая подача теплоносителя через клапан к объекту регулирования уменьшается, заданная температура восстанавливается.
Чтобы увеличить чувствительность регулятора, применяется разгруженный двухседельчатый клапан, золотник которого может перемещаться от самого малого усилия.
Настройка регулятора на нужную температуру регулирования производится за счет изменения усилия пружины при помощи гайки 12.
Регуляторы этого типа применяются для регулирования температуры в пределах от 20 до 160° С и давления теплоносителя до 981 кПа (10 кгс/см2). Длина капиллярной трубки 3 м.
РЕГУЛЯТОРЫ ПИТАНИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ
На рис. 33 представлена схема САР питания парового котла с применением дифференциального регулятора давления ДРД-50 и одноимпульсного регулятора питания ОРП-50, которые также являются регуляторами прямого действия.
Регулятор ОРП-50 (рис. 33,б) в качестве измерительного элемента имеет термостат, представляющий собой латунную или стальную трубку 1. Последняя импульсными трубками 2 и 3 соединяется с водяным и паровым пространствами барабана 4 парового котла. Нижний конец трубки термостата устанавливают в плоскости допустимого низшего уровня воды в котле, и он неподвижно прикреплен с помощью гайки 5 и маховика 6 (гайки) к швеллерному каркасу. 7. Верхний конец соединен шарнирно с двухплечим рычагом 8 и устанавливается в плоскости допустимого высшего уровня воды в барабане.
Проследим, как с помощью этого регулятора осуществляется регулирование подачи и поддержание заданного уровня воды в котле.
В момент, представленный на схеме (высший уровень воды в барабане), трубка термостата полностью заполнена водой. Длина троса 9, перекинутого через три блока 10, отрегулирована с помощью муфты 11 так, что противовес 12 удерживает золотник 13 двухседельного разгруженного клапана регулятора закрытым. Подача воды в барабан 4 по трубопроводу 14 прекращена.
При снижении регулируемого уровня термостат начинает обогреваться паром и тем больше, чем ниже становится уровень воды в котле. Прямо пропорционально температуре нагрева удлиняется трубка термостата, двухплечий рычаг поворачивается вокруг своей оси против часовой стрелки, трос перемещается, золотник регулирующего клапана под действием усилия противовеса открывается. При низшем уровне воды в барабане вся трубка термостата заполнена паром, удлинение трубки наибольшее, величина открытия золотника для подачи воды в барабан котла предельная.
Для уменьшения запаздывания действия термостата импульсная трубка 3 тщательно покрывается теплоизоляцией 15. Настройка регулятора на заданный уровень регулирования осуществляется с помощью муфты 11 и гаек 5, 6.
Рис. 33. Схема САР питания парового котла:
а — дифференциальный регулятор давления ДРД-50;
б — одноимпульсный регулятор питания ΟΡΠ-50.
Для предохранения механизма регулятора от поломки при достижении рычагом 16 концевого положения или при недопустимом увеличении сил трения трущихся частей применен пружинный компенсатор 17.
Регулятор ДРД-50 (рис. 33, а) предназначен для регулирования заданного перепада давления* на клапане регулятора ОРП-50. Основными частями его являются регулирующий клапан 18 двухседельный разгруженный, мембранная головка 19, мембрана 20, пружина 21, ганка 22. валик 23 с резьбой, уравнительный вентиль 24.
* Превышение заданного перепада давления па клапане регулятора питания означает в то же время превышение допустимого расхода питательной воды, Поступающей от насоса в барабан котла. При этом возникает опасность деформации сварных и заклепочных соединений, течи труб котла и пр.
Мембрана регулятора снизу подвергается давлению воды, поступающей от насоса (на схеме не показан); сверху она уравновешивается давлением воды после регулятора питания через импульсную трубку 25 и усилием пружины 21. Настройка регулятора на заданную величину перепада давления производится регулировкой усилия пружины путем поворота валика 23 в гайке 22.
При увеличении перепада давления по сравнению с заданным мембрана прогибается вверх и золотник регулирующего клапана 18 прикрывается. Заданный перепад давления в питательном клапане восстанавливается. Во избежание одностороннего воздействия давления на мембрану применяется уравнительный вентиль 24 типа ВУ-1, который в момент включения регулятора обязательно открывают, а после включения регулятора для нормальной работы системы регулирования плавно закрывают.
Регулирующие клапаны регуляторов ДРД-50 и ОРП-50 рассчитаны для установки на трубопроводе питательной воды с давлением 3924 кПа (40 кгс/см2) и изготовляются с диаметром условного прохода 50 мм. При работе с регулятором ОРП-50 диапазон настройки заданного давления регулятора ДРД-50 составляет: при пропускной способности 14-10-4 м3/с (5 т/ч) — 117,7—196,2 кПа (1,2—2 кгс/см2), при пропускной способности 84-10-4 м3/с (30 т/ч) —78,5—157 кПа (0,8—1,6 кгс/см2).
РЕГУЛЯТОРЫ УРОВНЯ
Для автоматического регулирования уровня жидкостей как в открытых резервуарах, так и в резервуарах, находящихся под давлением, часто используются поплавковые регуляторы уровня прямого действия.
На рис. 34 показан поплавковый аммиачный регулятор уровня прямого действия типа 20ПР. Камера 1 при помощи фланцев 2 и 3 подключается трубами к паровой и жидкостной полостям технологического аппарата (испарителя, испарительной батареи и т. п.), где требуется регулировать уровень жидкого аммиака. В камере вокруг оси 4 получает угловое перемещение коромысло 5, на одном конце которого находится поплавок 6, а на другом — противовес 7. С помощью серьги 8 клапан 9, которым открывается поступление аммиака в аппарат, шарнирно соединен с коромыслом.
При понижении или повышении уровня аммиака в аппарате поплавок соответственно опускается или подымается и развиваемым усилием изменяет положение золотника клапана.
Регулятор по принципу действия является астатическим. Он не имеет жесткой обратной связи, поэтому заданный уровень поддерживается без статической ошибки регулирования.
Регулятор имеет ход поплавка 25 мм и площадь дроссельного отверстия клапана 20 мм2. Диапазон настройки регулируемого уровня в пределах 70—140 мм.
Рис. 34. Поплавковый аммиачный регулятор уровня прямого действия 20ПР.
