Материал: Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

Обычно в гидравлических усилителях промышлен­ ных регуляторов требуется обеспечить пропорциональ­ ность между перемещением управляющего элемента первого каскада (например, струйной трубки или зас­ лонки) и перемещением золотника. Это может быть до­ стигнуто как с помощью пружин, противодействующих движению золотника, так и путем введения отрицатель­ ной обратной связи по положению золотника. Подроб­ ное описание схем гидравлических усилителей дано в [Л. 23, 24].

Динамические характеристики гидравлических уси­ лителей удовлетворительно описываются уравнением уси­ лительного звена в диапазоне рабочих частот регулято­ ров (до частот 5—10 рад/сек).

б) ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Принцип действия поршневых исполнительных механиз­ мов основан на перемещении поршня потоком жидкости, поступающим от гидравлического усилителя. В зависи­ мости от характера движения выходного вала поршне­ вые исполнительные механизмы могут быть с поступа­ тельным движением (прямоходные) и с вращательным движением (кривошипные).

Прямоходный исполнительный механизм (рис. 12-5) состоит из цилиндра 1, крышек 2 и 5, поршня 3, жестко связанного со штоком 7. Во избежание перетекания жидкости из одной полости в другую на поршне уста­ навливаются уплотнительные манжеты 4. Для предот­ вращения утечек шток 7 уплотняется сальником 6. По­ лости исполнительного механизма соединяются с выхо­ дом гидравлического усилителя. В зависимости от знака перепада давления поршень движется в ту или иную сторону. Выходом исполнительного механизма является перемещение штока 7, с которым соединен регулирую­ щий орган.

Усилие G, развиваемое исполнительным механизмом поступательного действия, не зависит от положения поршня и без учета потерь на трение определяется вы­ ражением

425

Расход жидкости Q на выходе гидравлического уси­ лителя при постоянной нагрузке на валу исполнительно­ го механизма в определенных пределах пропорционален положению управляющего элемента усилителя (напри­ мер, открытию золотника). Значит, и скорость поршня пропорциональна положению управляющего элемента. Уравнение движения системы, входом которой является перемещение управляющего элемента гидравлического усилителя, а выходом — перемещение у поршня испол­ нительного механизма, является уравнением интегри­ рующего звена. Этот факт часто используется в гидрав­ лических и электрогидравлических регуляторах для формирования интегральной составляющей закона ре­ гулирования.

Для создания вращательного движения в поршневых исполнительных механизмах используют кривошипношатунный механизм (рис. 12-6). Поступательное пере­ мещение поршня 1 преобразовывается во вращение ва­ ла 4 посредством шатуна 2 и кривошипа 3. Скорость

426

поворота и развиваемый момент несколько зависят от положения выходного вала. Так, изменение момента по ходу вала может достигать 10—15%. Однако прибли­ женно можно принять, что скорость поворота выходного вала определяется выражением (12-3) и для описания динамических свойствкривошипных исполнительных ме­ ханизмов также справедливо уравнение интегрирующе­ го звена.

Особенностью гидравлических исполнительных меха­ низмов является зависимость их характеристик от на­ грузки со стороны регулирующих органов. Нагрузки, действующие на исполнительный механизм, различны по своему виду. Они могут быть постоянными по вели­ чине и направлению, постоянными по величине и на­ правленными в сторону, противоположную перемещению. Кроме того, они могут зависеть от перемещения, скоро­ сти или ускорения перемещения.

Степень влияния нагрузки зависит от ее величины и вида, типа исполнительного механизма, а также типа управляющего его движением усилителя (в аналогич­ ных регуляторах с усилителями с золотниками и со струйной трубкой влияние нагрузок различно). Эффект нагрузок может сказываться, например, на уменьшении скорости движения исполнительного механизма, увели­ чении зоны нечувствительности, что обычно приводит к погрешности в воспроизведении желаемого закона дви­ жения регулятора и ухудшению качества переходного процесса в замкнутой системе регулирования.

По аналогии с определением областей нормальных режимов и линейных режимов, приведенным в гл. 1, введем понятие области допустимых нагрузок [Л. 25], под которой понимается область, в пределах которой частотные характеристики регулятора с нагруженным исполнительным механизмом достаточно близки к ча­ стотным характеристикам регулятора с ненагруженным исполнительным механизмом. Если появление нагрузок приводит к изменению частотных характеристик регуля­ тора, не вызывая появления нелинейностей, то методика построения области допустимых нагрузок аналогична методике построения области нормальных режимов. Ес­ ли появление нагрузки приводит к появлению нелиней­ ностей, то методика построения области допустимых на­ грузок аналогична методике построения области линей­ ных режимов.

427

в) ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ

Гидравлические устройства связаны между собой сое­ динительными линиями (трубопроводами), по которым движется рабочая жидкость. В тех случаях, когда эти устройства представляют собой единый конструктивный блок, линии между ними короткие. При удаленности устройств друг от друга приходится учитывать потери энергии, возникающие при движении жидкости в соеди­ нительных линиях.

Обычно в промышленных регуляторах из-за малого диаметра соединительных трубопроводов, малой скоро­ сти движения потока и относительно большой вязкости жидкости наблюдается ламинарный режим движения. При этом потери давления в прямом круглом трубопро­ воде

яй*

где (я — динамическая вязкость; /, d — длина и диаметр трубопровода; Q —расход жидкости.

На соединительных линиях обычно установлены раз­ личные клапаны, на некоторых участках может изме­ няться форма соединительных линий вследствие суже­ ния, расширения или поворота. Эти факторы создают местные гидравлические сопротивления и вызывают до­ полнительные потери давления

где £ — коэффициент местного сопротивления; v — сред­ няя по сечению трубы скорость потока; р —плотность жидкости.

Общее падение давления Д Р 2 , затрачиваемое на прохождение жидкости по трубопроводу, представляет сумму падений давления на трение АРТ и в местных со­ противлениях ДРМ -

В качестве рабочих жидкостей в промышленных ре­ гуляторах наиболее широкое применение получили ми­ неральные масла (в частности, трансформаторное мас­ ло) и в некоторых случаях вода. Недостатком воды как рабочей жидкости является отсутствие смазывающих свойств, невозможность использования при низких тем­ пературах и вызываемая ею коррозия металлических

428

ки, и поэтому укажем лишь основные принципы ее по­ строения. Она включает в себя как гидравлические регуляторы, формирование законов регулирования кото­ рых производится с помощью гидравлических операци­ онных усилителей (см. [Л. 26]), выполняющих сумми­ рование, интегрирование, дифференцирование сигналов, так и гидравлическую часть комбинированных регуля­ торов. Последняя сочетается с электрическими и пнев­ матическими устройствами для выработки закона регу­ лирования и обеспечивает перемещение (или скорость перемещения) гидравлического исполнительного меха­ низма, пропорциональное соответственно электрическому или пневматическому унифицированному входному сиг­ налу. В зависимости от вида рабочей жидкости аппара­ тура ветви делится на две группы, работающие соответ­

и гидравлический усилитель. При работе с регулятора­ ми релейного действия применяются преобразователи релейного действия, обеспечивающие перемещение ис­ полнительного механизма с постоянной скоростью. При работе с регуляторами аналогового действия применя­ ются преобразователи, сигнал на выходе которых про­ порционален входному сигналу. Предусматривается вы­ полнение регуляторов как конструктивно единого изде­ лия (в том числе с системой маслоснабжения), так и в виде разобщенной системы блоков, связанных между со­ бой гидравлическими и электрическими соединитель­ ными линиями. Диапазон давлений при работе на масле значительно повышен по сравнению с используемым в настоящее время в общепромышленных регуляторах.

Скелетная схема электрогидравлических позиционе­ ров совпадет с приведенной на рис. 12-2, е. Выпуск та­ ких позиционеров (тип ПГ-ПА) начал завод «Теплоавтомат».

429