Устройство для управления расходом

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 04.12.79 (21) 2847861/18 — 24 с присоединением заявки М— (28) Приоритет— (51) М. Кл.

G 05 0 7 03

3Ьсударстеенный квинтет

СССР ао делан нзабретеннй н открытнй

Опубликовано 30.11.81 Бюллетень М 44

Дата онублнкования описания 30.11.81.(53) УД К621.646..3 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Г. Гребенюк, С. M. Никишов и В. В. Котляров (71) Заявитель

Ордена Ленина институт проблем управления ) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ

Изобретение относится к автоматике, в, частности к устройствам для управления расходом.

Известно устройство для управления расходом, содержащее насос, работающий с постоянным числом оборотов, дроссельный и питательный клапаны и регулятор перепада давления (1).

Известному устройству присущи неэкономичность, так как для получения малых значений расхода требуется дросселировать поток на выходе насоса; низкая надежность, связанная с быстрым выходом из строя дросселирующих органов иэ-за больших перепадов давления; высокая себестоимость изготовления питательного клапана, вызванная специальными требованиями к его характеристикам (например, профилировке плунжера для получения линейной зависимости между положением штока и расходом в магистрали, точности и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления расходом, содержащее датчик к и регулятор числа оборотов вала насоса, первый датчик давления, регулятор перепада давления и последовательно расположенные в магистрали насос, снабженный регулируемым приводом, второй датчик давления и сервоприводной клапан, причем первый вход регулятора перепада давления подключен к первому датчику давления, второй вход регулятора перепада давления — ко второму датчику давления (2).

Известное устройство характеризуется невысоким быстродействием, объясняющимся тем фактом, что приводы насосов довольно инерционны и при наличии быстроменяющихся возмущений их компенсация затруднительна; высокой себестоимостью изготовления, связанной с использованием питательного клапана, к характеристикам которого предъяв. ляются специальные требования (например, в паропроизводящих установках, снабженных

20 парогенераторами, питательный клапан является не только управляющим органом, но. и датчиком расхода, для чего на нем поддерживается постоянный перепад давления, а плунжер профилирован таким . образом, что между положением штока и расходом в ма истрали существует линейная зависимость).

Указанные обстоятельства вызывают необходимость применения специального оборудования, неоднократных пролнвок на стендах, доводки характеристик и т.д.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два преобразователя и два блока задания опорного сигнала, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего преобразователя, при этом первый датчик давления расположен на входе насоса, вторые входы преобразователей подключены к задатчику расхода, выход первого преобразователя — к третьему. входу регулятора перепада давления, подсоединенного выходом ко входу сервопривода клапана, первый вход регулятора числа оборотов подключен к датчику числа оборотов вала насоса, второй вход — к выходу второго преобразователя, а выход регулятора числа оборотов соединен со входом регулируемого привода насоса.

Напорную характеристику насоса можно представить аналитически в виде квадратичного полннома (3)

+В„О+CaÐ, (1) где А, В и C — постоянные, зависящие от конструкции насоса

А) О, В(О,С(0.

При наличии реальных характеристик насоса (графических) зависимость вида (1) можно построить, используя методы аппроксимации, например метод наименьших квадратов, Напор насоса равен перепаду давления рабочей жидкости между его входным и выходным патрубком

Н = Р -Р> г где Р2 — давление на выходе насоса:

P — давление на входе, Выражение (1) можно переписать в виде

Ръ =Р, +An +ВПО+CQ (2)

Число оборотов вала насоса определяется по линейной зависимости вида и =а+(О (3) где .0 — заданный расход, который требуется получить;

n — задание числа оборотов вала насоса;

J а и — коэффициенты, методика выбора которых описана ниже.

885978

30

3S

В известных устройствах управление расходом в сети происходит путем перемещения штока питательного клапана, причем по положению штока судят о величине расхода.

В предлагаемом устройстве датчиком расхода является датчик оборотов вала насоса.

Зависимость вида (3) выбирается из следующих соображений, При регулировании расхода изменением числа оборотов они должны меняться в определенных пределах от n = пн до n = пь.

Эти пределы определяются напором, который должен развивать насос при изменении расхода в соответствии с характеристикой сети, при этом Нн — номинальное значение напора насоса; Н вЂ” величина статического напбра.

По двУм точкам Q = Он, и = пн. и 0 = 01,, и = nk строится зависимость вида (3) между заданным значением расхода 0 и заданным числом оборотов ri.

Уравнение (3) можно представить в виде

О=а+Ьй

При замене в равенстве (2) расхода линейной функции от оборотов уравнения (4) получается зависимость, определяющая заданное давление на выходе насоса

Р =P +n (А+ВЬ+СЬ ) +n (Ва+

+ 2Cab) + Ca (q)

Таким образом, для выполнения линейной зависимости (3) между числом оборотов и расходом необходимо поддерживать давление на выходе насоса равным вычисленному по уравнению (5).

Так как при изменении нагрузки сети фактическое давление Pi может отклоняться от давления Р то на выходе насоса ставится клапан, корректирующий характеристику сети, что позволяет подцерживать давление Р, равным заданному Р .

Для снижения расхода от Он до 01 .необходимо уменьшить обороты от пн до и, и задросселировать поток на выходе насоса до получения напора Н,, Наличие нелинейного звена в равенстве (5) затрудняет техническую реализацию (требуется введение квадратора). Для получения линейного закона на задание по изменению давления в функции от числа оборотов можно выбрать зависимость (4) так, что при ее подстановке в равенство (5) коэффициент при n станет равным нулю (т.е.

A+ Bb+ Cb = О), или воспользоваться

2 квадратичной зависимостью перепада давления на участке сети от расхода, т.е. добавить к левой и правой частям равенства (5) член— 0-2, представляющий собой падение давле-. ния на участке магистрали от выходного. патрубка насоса до какой-то точки сети .Р - О =Pi+n (А+В Ь + сЬ ) +n (Ва + 2 Cab) +

+ Са — ) (а + b n)

Обозначим Рг = P2 -ф0, где P2 — заданное давление в выбранной точке магистрали. Тогда

°

Ря= Р1 + (A + Bb+ сЬ - Ьы) 52 + k, и+1, Если выполнено равенство

885978

О порные сигналы Д. р формируются в блоках 12 g 13.

Регулятор 7 перепада давления, управляя. сервоприводным клапаном 2, поддерживает фактический перепад давления на насосе

Н = Р Р, равным заданному перепаду давления Д . Регулятор 10 числа оборотов насоса поддерживает фактические обороты наЯ соса и, равными заданным. и

Применение изобретения йозволяет повысить быстродействие, экономичность устройства.!

Меняя местоположение датчика давления в напорной магистрали или устанавливая регулировочйую шайбу, можно получить расчетное значение коэффициента сопротивления магистрали.

Таким образом, используя укаэанные выше методы, можно свести нелинейное выражение (5) к линейному (7).

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — напорная характеристика насоса; на фиг. 3 — линейная зависимость между оборотами насоса и расходом.

Устройство включает насос 1, сервоприводной клапан 2, объект 3, регулируемый при. вод 4 насоса, первый и второй датчики 5 и 6 давления регулятор 7 перепада давления, первый и второй преобразователи 8 и 9, регулятор 10 числа оборотов, датчик

11 числа оборотов вала насоса, первый 12 и второй 13 блоки формирования опорного сигнала, задатчик 14 расхода.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, соответствующий заданному расходу О, подается с задатчнка 14 на входы преобразователей 8 н 9. Преобразователь 8 согласно выражению (7) формирует сигнал задания на величину напора насоса, а преобразователь 9 по зависимости (3) — задания на число оборотов вала насоса п=а+РО=Р(р +0);

Нз=kqп +kq = kq (а+ ф О) + kq = M1 + М О =

=М2 (м.+б), гдеМ, =к,а +К,:

Мт ="1Р

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Певзнер Б. М. Судовые центробежные

5р и осевые насосы. Л., "Судостроение", 1964, с. 195, рис. 99 б.

2. Там же, с. 195, рис 99 Я" (прототип).

3. Степанов А. И. Центробежные и осевые компрессоры, воздуходувки и вентиляторы.

55 М., "Машиностроение", 1960, с. 87. то уравнение становится линейным

Р = Р1+ Кт и + К (7) где К, = Ва + 2 Cab — -ф (А + ВЬ + Cb );

К = Са — — (А + ВЬ + СЬ ).

Формула изобретения

Устройство для управления расходом, содержащее датчик и регулятор числа оборотов

5р вала насоса, первый датчик давления, регулятор перепада давления и последовательно расположенные в магистрали насос, снабженный регулируемым приводом, второй датчик давления и сервоприводной клапан, причем первый вход регулятора перепада давления подключен к первому датчику давления, второй вход регулятора перепада давления—

I ко второму датчику давления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены два преобразователя и два блока задания опорного сигнала, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего преобразователя, прн этом первый датчик давления расположен на входе насоса, вторые входы преобразователей подключены к задатчику расхода, выход первого преобразователя — к третьему входу регулятора перепада давления, подсоединенно го выходом ко входу сервопривода клапана, первый вход регулятора числа оборотов подключен к датчику числа оборотов вала насоса, а второй вход — к выходу второго преобразователя, а выход регулятора числа

45 .оборотов соединен со входом регулируемого привода насоса.

885978 иг. ик

Фиг. 5

ВНИИПИ Заказ 10542/69 Тираж 943 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4