Устройство для управления расходом Советский патент 1981 года по МПК G05D7/03 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ

I

г«

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

Известно устройство для управления расходом, содержащее насос, работающий с пocтoянньпvI 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 из-за больщих перепадов давления; высокая себестоимость изготовления питательного клапана, вызванная специальнь1ми 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

И регулятор числа оборотов вала насоса, первый датчик давления, регу71ятор 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 в:ход регулятора перепада давления - ко второму датчику давления 2.

10

Известное устройство характеризуется невысоким быстродействием, объясняющим.ся тем фактом, что приводы насосов довольно инерционны и при наличии быстроменяющихся возмущений их компенсация затруднитель15на; высокой себестоимостью изготовления, связанной с использованием питательного клапана, к характеристикам которого предъявляются специальные требования (например, в паропроизводящих установках, снабженнмх

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 ма1истрали существует линейная зависимость). Указанные обстоятельства вызывают необходимость применения специального оборудования, неоднократных проливок на стендах, доводки характеристик и т.д.

Цель изобретею1я - повышение быстродействия устройства.

Поставле шая цель достигается тем, что в устройство введены два преобразователя и два блока зада1шя 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 третье му. входу регулятора перепада давления, подсоединенного выходом ко входу сервопривода клапана первый в),дд 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 полинома 3

Н АП +BnQ + CQ (1) где А, В и С - постоянные, зависящие от конструкции насоса

, ,.

При 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

H P2-Pl ,.

где Pj - давление на выходе насоса;

Р, - давление на входе. Выражение (1) можно переписать в виде

Рг PI + АП + BnQ + CQ (2)

Число оборотов вала насоса определяется по линейной зависимости вида

+ |30 (3) .

где Q - заданный расход, который требуется получить; Н - задание числа оборотов вала насо са;

а и |3 - коэффициенты, методика выбора которых описана ниже.

85978,4

В известных устройствах управление расходом в сети происходит путем перемещения штока питательного клапана, причем по положению штока судят о величине расхода. 5 В предлагаемом устройстве датчиком расхода является датчик оборотов вала насоса.

Зависимость вида (3) выбирается из следующих соображений.

При регулировании расхода изменением

10 числа оборотов они должны меняться в определенных пределах от п пд до п п(. Эти пределы определяются напором, который должен развивать насос при изменении расхода в соответствии с характеристикой сети,

5 при этом HH - номинальное значение напора насоса; Н| - величина статического напора.

По двум точкам Q Q, п Пц. и Q Qk, п строится зависимость

20 ВИД31 (3) между заданным значением расхо да Q и заданным числом оборотов п. Уравнение (3) можно представить в виде

Q а + b п(4)

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

Рг PI + п (А + В-Ь + СЬ) + п (В-а + 30+ 2СаЬ) +

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 Pj может отклоняться от давления Р, то на выходе насоса ставится клапан, корректирующий характеристику сети, что позволяет поддерживать давление Рг равным заданному Р,.

Для снижения расхода от QH до QI .необходимо уменьшить обороты от Пц до n и задросселировать поток на выходе насоса до получения напора HI.

Наличие нелинейного звена в равенстве (5) затрудняет техническую реализацию (требуется введение квадратора). Для получения линейного закона на задание по изменению 50 давления в функции от числа оборотов можно выбрать зависимость (4) так, что при ее подстановке в равенство (5) коэффициент при п станет равным нулю (т.е. А + ВЬ + СЬ 0), или воспользоваться 55 квадратичной зависимостью перепада давления на участке сети от расхода, т.е. добавить к левой и правой частям равенства (5) член Q-2 , представляющий собой падение давлеимя на участке магистрали от выходногопатрубка насоса до какой-то точки сети .,+n(A+B.b + cb) +n (Ва + 2 Cab + Са - (а + ) Обозначим Рг Р , где Р - заданное давленне в вь1бранной точке магнст лн. Тогда , -ь(А + ВЬ-НсЬ - Ь).п2 +k,n+k2 Еслн выполнено равенство fc- А 4-В1з- -сЪ то уравнение становится линейным Pj PI + К, n + Kj -2а, KI Ва + 2 Cab - (А + ВЫ- СЬ); ,«4 К, Са --3|{А ВЬ + СЬ). Меняя местоположение датчика давления в напорной магистрали или устанавливая регулировочйую шайбу, можно получить расчетное значение коэффициента сопротивления магистрали. Таким образом, используя указанные выше методы, можно свести нелинейное выр жение (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, сервопривод ной клапан 2, объект 3, регулируемый привод 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 И числа оборотов вала насоса, первый 12 и второй 13 блоки формирования опорного сигнала, задатчик 14 расхода. Устройство работает следующим образом. Сигнал, соответствующий заданному расходу Q, подается с задатчика 14 на входы преобразователей 8 и 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 + (35 |3 ( -| +0); H9 kirf+k2 ki(a+ 3Q) + k2 Mi + MzQ M.(,Q), где MI ki a + k2; MZ k, (3 Опорные сигналы , JM формируются в блоках 12 и 13. Регулятор 7 перепада давления, управляя. сервоприводным клапаном 2, поддерживает фактический перепад давления на насосе Н Рг -Pt. равным заданному перепаду давления Hj. Регулятор 10 числа оборотов насоса поддерживает фактические обороты наcoca n, равными заданным п Применение изобретения позволяет повысить быстродействие, экономичность устройства. Формула изобретения Устройство для управления расходом, содержащее датчик и регулятор числа оборотов вала насоса, первый датчик давления, регулятор перепада давления и последовательно расположенные в магистрали насос, снабженный регулнруемым 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, отличающееся тем, что, с целью повышенил быстродействия устройства, в него 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, подсоединенноТо выходом ко входу сервопривода клапана. первый вход регулятора числа оборотов подключен к датчику числа оборютов вала насоса, а второй вход - к выходу второго преобразователя, а выход регулятора числа оборотов соединен со входом регулируемого привода насоса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Певзнер Б. М. Судовые центробежные и осевые насосы. Л., Судостроение, 1964, с. 195, рис. 99 б. 2.Там же, с. 195, рис 990 (прототип). 3.Степанов А. И. Центробежные и осевые компрессоры, воздуходувки и вентиляторы. М., Мащиностроекие, 1960, с. 87.

«rf

П,