книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

^ = 2тгтш0 « 2Е0. ^дт “H0M

Так как в переходных режимах и отличается от а>о обычно не более, чем на 10—15%, то линеаризованное уравнение динамики измерителя принимает вид

80

Так как уравнение (3.6) получено при использовании метода малых отклонений, то оно справедливо для относительно неболь­

ших отклонений со от установившегося значения (в преде­ лу?

так как центробежные силы пропорциональны квадрату скорости.

уменьшение инерционных сил Может быть достигнуто путем увеличения со в пределах, в которых обеспечивается надежная работа измерителя.

На установившихся режимах 6г |= —ср, т. е. координата муфты при малых отклонениях частоты вращения пропорциональна ср. Величина б для регуляторов прямого действия обычно состав­

где &р.с=-^- — коэффициент усиления измерителя регулятора ско­ рости.

Механические чувствительные элементы частоты вращения используются в регуляторах скорости, в датчиках систем управле­ ния и в контрольно-измерительных приборах — тахометрах. На рис. 3.34 представлена схема центробежного реле РС-3, устанавли­ ваемого на дизелях.

Центробежный измеритель частоты вращения осуществляет замыкание и размыкание трех микропереключателей 1, каждый из которых установлен в цепи управления ДГ. Регулируя положение

переключателей, изменяют число оборотов, при котором происхо­ дит срабатывание микропереключателей.

В механических тахометрах центробежный измеритель соеди­ нен со стрелкой показывающего прибора.

На рис. 3.35 представлена схема гидравлического чувствитель­

измерении перепада давления па дросселе во всасывающем кол­ лекторе двигателя. С изменением частоты вращения и расхода воз­ духа это давление изменяется. Зависимость числа оборотов от перепада давления может быть получена заранее по контрольным

с электрическими генераторами, стробоскопические и индуктивные. Они применяются главным образом в контрольно-измерительных приборах — тахометрах.

Принцип действия магнитоиндукционных тахометров основан на силовом взаимодействии поля постоянного магнита и токов, воз­ никающих в металлическом теле при его вращении в магнитном поле. На рис. 3.36 представлена схема тахометра. Постоянный маг­ нит 1 соединен с осью тахометра и вращается внутри алюминие­ вого колпачка 2. В колпачке 2 возникают вихревые токи, которые взаимодействуют с полем постоянного магнита. Колпачок 2 под действием поля магнита и пружины 3 поворачивается вокруг оси.

82

Чем больше угловая скорость, тем больше угол поворота. Недо­ статком датчика является зависимость показаний от свойств по­ стоянного магнита.

В тахометрад постоянного тока в качестве измерителя исполь­ зуется генератор постоянного тока, напряжение на коллекторных пластинах которого пропорционально угловой скорости ротора в поле по­ стоянного магнита. Вторичный прибор тахометра — магнитоэлектрический.

Встробоскопических тахометрах пряжение снимается с колец ротора генератора и подается на выпрямитель.

Встробоскопических тахометрах используется стробоскопический эф­ фект человеческого глаза. Контроли­ руемая угловая скорость ротора срав­ нивается с частотой вспышек специаль­ ной лампы. В момент совпадения ча­ стота вспышек лампы фиксируется, и по ней определяется угловая скорость.

Индуктивные измерители частоты вращения применяются в системах управления и в тахометрах. На рис. 3.37 представ­ лена схема датчика частоты вращения с индуктивным изме­ рителем скорости, используемого в САУ дизель-генераторов.

дечника трансформатора баланс дифференциального трансформа­ тора нарушается и на выходе измерителя появляются импульсы переменного напряжения.

Сигналы от измерителя сравниваются с сигналами от эталон­ ного генератора, и в случае, когда угловая скорость будет больше

установленной, в электрической схеме реле произойдет переклю­ чение.

Датчики активной мощности. Измерители (датчики) активной мощности используются в дизель- и газотурбогенераторных уста­ новках при комбинированном регулировании частоты вращения. На рис. 3.38 представлена схема измерителя активной мощности.

Первичная обмотка трансформатора Тр\ питается от напряже­ ния генератора. Со вторичных обмоток Тр\ питание подается на первичные обмотки трансформатора Тр2. В среднем проводнике схемы соединений трансформаторов Тр\ и Тр2 включено сопро­ тивление R, на которое подается питание от трансформатора то­ ка ТТ.

Рис. 3.38. Схема измерителя активной мощности

При чисто активной нагрузке ток / и напряжение.генератора совпадают по фазе. Поэтому падение напряжения Aw на сопротив­ лении R совпадает по фазе с напряжением Wo на вторичной обмот­ ке Тр\. Это будет приводить к тому, что переменные напряжения Wi и и2 на первичных обмотках трансформатора Тр2 примут зна­ чения:

и1 = «0-f Дм и и2= и0= Ди,

где Aw = kl\

k — коэффициент пропорциональности.

Со - вторичных обмоток трансформаторов Тр2 ток проходит через выпрямители и после выпрямления питает две встречно включенные катушки электромагнита (на рис. 3.38 не показаны). При чисто активном токе усилие электромагнита пропорционально разности напряжений щ—и2 и величине активного тока /. Если ток генератора реактивный, то фаза напряжения Aw. сдвинута на 90° по отношению к фазе напряжений Wi и и2. Поэтому вели­ чина падения напряжения Ди не оказывает влияния на амплитуду напряжений Wi и и2, а усилие электромагнита равно нулю.

При смешанном токе усилие электромагнита пропорционально активному току, а при условии постоянства напряжения и — и ак­ тивной мощности.

84

П р и б о р ы а н а л и з а г а з о в ы х с м е с е й и р а с т в о р о в

Газоанализаторы. Газоанализаторы служат для измерения содержания газов в газовой смеси. Принцип действия приборов зависит от метода анализа газов. Применяют:

химический метод, основанный на поглощении отдельных компонентов газо­ вой смеси различными адсорбентами;

физический и физико-химический методы, основанные на определении или

пературным коэффициентом помещается в сосуд с исследуемым газом и одно­ временно включается в плечо моста электрической измерительной схемы. Газо­ анализаторы этого типа находят применение в КИП.

В автоматических системах используются магнитные и термомагнитные газоанализаторы, позволяющие определить концентрацию кислорода в газовой смеси. По содержанию свободного кислорода в дымовых газах можно осущест­ влять контроль за качеством сгорания.

Действие, магнитных и термомагнитных газоанализаторов основано на том, что магнитная восприимчивость кислорода в сотни и тысячи раз выше, чем азота,.

водорода и других газов. Кроме того, она снижается при повышении темпе­ ратуры.

Датчик магнитного газоанализатора (рис. 3.39) представляет собой стеклян­ ную кольцевую трубку 1 (схема представлена в вертикальной плоскости) с гори­ зонтальным диаметральным соединительным каналом (обогреваемым двумя пла­ тиновыми спиралями Ri и R2), с левой стороны которого находятся полюса по­ стоянного магнита. Газовый поток имеет направление снизу вверх. В горизон­ тальном канале, в его левой части, поток появляется только при наличии кисло-

85

рода. Температура н сопротивление обмотки Rt при этом изменяется в значи­ тельно большей степени, чем R2. Так как сопротивления R\ и Т?2 включены в

измерительный мост, то сигнал от разбаланса моста, подаваемый на электрон­ ный потенциометр 2, свидетельствует о концентрации кислорода.

На рассмотренном принципе основаны газоанализаторы типа МГК, ГТМК и т. д., используемые в качестве дистанционных самопишущих приборов. В ком­ плект газоанализатора входят датчик, блок стабилизированного питания и реле, блок подготовки газа и вторичный прибор ЭПД, ЭПП пли другие. Точность опре­ деления концентрации кислорода газоанализаторами этого типа лежит в пре­ делах ± (0,54-5%).

Рис. 3.40. Газовая схема кислородомера КМК-59:

1 — газозаборное устройство; 2 — манометр; 3 — редукционный клапан; 4 — газоотделитель; 5 — сетчатый фильтр; 6 — манометр; 7 — датчик кислородомера

время запаздывания — не более 2 сек на каждый метр расстояния от газозабор­ ного устройства до газоотделителя.

Воптико-акустических газоанализаторах используется эффект поглощения газами излучения в инфракрасной области спектра. Степень поглощения зависит от состава газа. Поглощение излучения приводит к изменению температуры и давления газа, что регистрируется прибором.

Впоследние годы начали внедрять адсорбционные и масс-спектрометрические методы, основанные на различии магнитных свойств ионов газов.

Концентратомеры (солемеры). Концентратомеры служат для измерения кон­ центрации раствора какого-либо вещества в воде. К ним относятся солемеры, кислотомеры, щелочемеры и др. В КИП энергетических (котельных) установок нашли широкое применение солемеры, которые позволяют контролировать ка­

чество котловой воды.

Концентрацию солей в растворах можно определить непосредственным и кос­ венными способами. Непосредственные — химические — способы основаны на вы­ паривании раствора и взвешивании остатка, а также на обработке раствора

86

индикаторами и последующей оценке степени поглощения луча света с помощьюфотоэлементов. Эти методы используют в лабораторных условиях, но они неудоб­ ны в процессах непрерывного контроля.

подбора величин 7?ш и Ra добиваются такого положения, что при изменении температуры в заданных пределах сопротивление датчика (при той же концен­ трации) практически не изменяется.

Подобный принцип положен в основу устройства датчика концентратомера ЦЛЭМ.

§ 3.3. Усилительные элементы

Общие понятия

Усилительные элементы предназначены для усиления сигналов, идущих от датчиков к исполнительным механизмам. Как уже от­ мечалось в гл. 1, усилители используются в системах непрямого регулирования, т. е. в тех случаях, когда для работы исполнитель­ ного механизма нужна большая мощность. Отказ от усилителей мог бы привести к существенному увеличению габаритов чувстви­ тельного элемента и ухудшению динамики системы.

Усилительные элементы, используемые в энергетических уста­ новках, подразделяются на гидравлические, пневматические и электрические. К гидравлическим относятся усилители золотнико­ вого типа и усилители со струйной трубкой; к гидравлическим и пневматическим —1усилители сопло-заслонка, к электрическим — магнитные, полупроводниковые, электромашинные и др.

Энергетические .возможности гидравлических, пневматических, электромагнитных и электромашинных усилителей характеризуют-

87

ся, как правило, коэффициентом усиления по мощности

k - J L

N ~ N ’ '

где N — мощность потока рабочей жидкости или электрическая мощность на выходе усилителя;

N y —- мощность, затрачиваемая на управление усилителем.

Электрические усилители характеризуются также коэффициен­ том усиления по напряжению

и^вых

"— ~ й ~ ’

и0Х

где «вых и квх — напряжение на выходе и на входе усилителя.

Эти приборы могут характеризоваться и другими коэффициен­ тами усиления (по току и т. п.).

Гидравлические и пневматические усилители

Усилитель с золотником. Гидравлический усилитель этого типа широко применяется в САР энергетических установок. Устрой­

Рис. 3.42. Схема усилителя с золотником

Усилитель состоит из корпуса 1, в котором передвигается .зо­ лотник 2 с двумя буртиками (кромками). Золотник приводится в движение от чувствительного элемента. В среднем положении буртики золотника перекрывают окна в корпусе, через которые рабочая жидкость поступает в полости сервопоршня, поэтому сервопоршень в этот момент находится в установившемся поло­ жении. При отклонении золотника от среднего положения один из буртиков открывает отверстие, соединяющее одну из полостей

88

чI

сервопоршня со сливной магистралью. Второй буртик в это же время соединяет другую полость сервопоршня с напорной маги­ стралью. Под действием перепада давления сервопоршеиь дви­ гается до тех пор, пока отверстия во втулке золотника не перекроются.

т м у щ

Рис. 3.43. Схемы золотников с различной шириной бур­ тиков:

1 — золотник; 2 — корпус усилителя

'Гак как золотник имеет два буртика, то он называется четырехкромочным. Существуют также и двухкромочные золотниковые устройства, т. е. золотники с одним управляющим буртиком. В этом случае сервопоршень имеет одну гидравлическую полость, а с дру­ гой стороны он нагружается пружиной (см. § 10.9).

Золотники подразделяются не только по количеству управляю­ щих буртиков (кромок), но и по соотношению ширины окна в гиль­ зе золотника b и ширины буртика золотника а (рис. 3.43). Золот­

с тем часть энергии рабочей жидкости теряется благодаря постоянной перетечке рабочей жидкости через золотник.

Окна во втулке золотника выполняются круглыми и прямо­ угольными. Втулки с круглыми окнами изготовить проще. Однако при круглых окнах имеет место нелинейный характер зависимости площади открытия окна от величины хода золотника. Этого недо­ статка лишены золотники с прямоугольной формой окна (рис. 3.44).

89-