6. Гидравлические и пневматические средства автоматизации

6.1 Рабочие жидкости и газы

6.2 Элементы пневматических и гидравлических систем

6.3. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы

6.4 Механогидравлические и механопневматические усилители

6.5. Гидравлические и пневматические корректирующие устройства

6.6. Электромеханические преобразователи

6.7. Примеры реализации пневморегуляторов.

Пневматическая автоматика отличается простотой эксплуатации, надежностью и пожаробезопасностью. Она широко применяется для регулирования и управления в простых пневматических и электропневматических системах автоматизации, в основном на нижних уровнях иерархии.

Гидравлические и электрогидравлические средства автоматизации используются, когда требуется обеспечить точность перемещения регулирующего органа при значительных усилиях. Гидравлические регуляторы применяются в локальных системах автоматического регулирования. Элементы пневмо- и гидроавтоматики содержат в своем составе все необходимые функциональные устройства для построения замкнутой системы регулирования.

Цель главы – ознакомление с принципом действия основных функциональных устройств пневматических и гидравлических систем автоматизации.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

• устройство и принцип действия пневматических и гидравлических исполнительных механизмов,

• устройство и принцип действия гидравлических и пневматических регуляторов,

• устройство и принцип действия усилителей и корректирующих звеньев,

• особенности подготовки рабочих сред для пневмо- и гидросистем.

В гидравлических и пневматических устройствах автоматики основным носителем информации является жидкость или газ. Эти вещества в большей или меньшей степени являются основными носителями энергии. Между гидравлическими и электрическими величинами и процессами существует формальная аналогия так как процессы описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями. Аналогом электрического тока является объемный расход жидкости Q (объем протекающего вещества через живое сечение за единицу времени), а аналогом потенциала - давление P. Разность давлений в сечениях трубопровода (перепад давлений) и объемный расход жидкости связаны соотношением - аналогом закона Ома: QR= , где R- гидравлическое сопротивление. Величина R зависит от сечения, длины трубопровода и типа течения. В гидравлических системах при каналах, диаметр которых имеет величину порядка десятка микрон, оказывает влияние облитерация, которая выражается в уменьшении или прекращении расхода жидкости через малые каналы с течением времен (несколько минут).

Аналогом емкости в гидропневмосистемах является объем. Инерционность жидкости и газов (особенно в длинных трубах) проявляется подобно электрической индуктивности. Гидравлическая индуктивность характеризует инерционную массу жидкости. Поэтому явление гидравлического удара при резком перекрытии гидропровода эквивалентно перенапряжению в цепях с индуктивностью.

6.1 Рабочие жидкости и газы

В гидравлических системах находят применение вода, керосин, минеральные масла, и специальные огнестойкие жидкости. Жидкости должны удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям:

• вязко-температурные характеристики должны быть стабильны в рабочем диапазоне температур,

• обладать хорошей смазывающей способностью,

• нетоксичными и пожаро-взрывобезопасными,

• не разрушать уплотнений и не вызывать коррозии,

• не растворять воздух,

• не содержать примесей (более 3-5мкм),

• дешевой.

В качестве рабочих жидкостей используются масла: веретенное, машинное, трансформаторное, турбинное, приборное, керосин, велосит, МС-20...

В дросселирующих устройствах с узким проходом менее 0.5мм при выборе рабочей жидкости необходимо учитывать явление облитерации. В отличии от минеральных масел на нефтяной и кремниевой основе толуол, уайт-спирит мало склонны к облитерации. Для очистки рабочей жидкости от примесей после гидронасоса необходима установка фильтра.

В пневматических устройствах в качестве рабочего газа используется воздух. Перед использованием он должен быть подготовлен: очищен и обезвожен (высушен). Для питания используют воздух трех диапазонов давлений.

Низкий диапазон (0.0012-0.005Мпа) используется для питания струйных устройств и для мембранных вычислительных приборов. При низких перепадах сохраняется ламинарность течения и, следовательно, линейная зависимость между перепадом давления и расходом воздуха и можно использовать капилляры большего диаметра. При отверстиях больше 0.5мм тонкая очистка также необходима.

Нормальный диапазон (0.118-0.175Мпа) используется для питания мембранных управляющих и регулирующих приборов.

Высокий диапазон (0.4-0.98Мпа) - для питания поршневых и мембранных исполнительных устройств.

П ри работе на нормальных и высоких давлениях истечение воздуха из сопла, сопровождаемое резким расширением, вызывает его резкое охлаждение, что приводит к обмерзанию сопла с нарушением работы. Поэтому необходима предварительная осушка воздуха в дегидраторах. При резком сжатии воздуха происходит его нагревание и возможна вспышка паров масла.

Схема подготовки воздуха нормального и высокого давления следующая. Воздух, очищенный от пыли фильтром поступает в компрессор, где сжимается. Сжатый воздух поступает в водяной холодильник для конденсации водяных и масляных паров, содержащихся в воздухе. Далее воздух поступает в ресивер, служащий для аккумулирования запасов воздуха и сглаживания пульсаций. В ресивере устанавливают предохранительный клапан на максимальное давление и вентиль для удаления конденсата воды и масла. Из ресивера воздух проходит через маслоотделитель, в котором освобождается от остатков паров масла и в селикагелиевый двухступенчатый дегидратор для глубокой осушки воздуха. Далее воздух проходит через регулятор давления, распределительную гребенку, фильтры, редукторы и поступает к пневматическим устройствам. В качестве фильтра используют техническую ткань ФПП обладающую малым сопротивлением потоку и задерживающую частицы более 1мкм.

Для получения воздуха малого давления можно использовать вентиляторы, пылесосы. Для получения воздуха низкого давления из воздуха высокого давления используются эжекторы. Эжектор содержит два сопла расположенные навстречу друг другу. Питающее сопло подключено к линии высокого давления. Пройдя через малое сопло воздух попадает в приемное сопло большего диаметра, а внутри корпуса эжектора создается разряжение и затягивается вторичный воздух.