02 ARwOiW Badanie własności regulacyjnych regulatorów ciśnienia

02 ARwOiW Badanie własności regulacyjnych regulatorów ciśnienia

Politechnika
Białostocka
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Katedra Ciepłownictwa
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
Temat ćwiczenia: Badanie własności regulacyjnych regulatorów
ciśnienia bezpośredniego działania
Ćwiczenie nr
Laboratorium z przedmiotu:
„Automatyczna regulacja w ogrzewnictwie i wentylacji”
Kod:
Opracował:
mgr inż. Tomasz Teleszewski
mgr inż. Piotr Rynkowski
lipiec 2004
1
1. Wprowadzenie
Regulatory ciśnienia bezpośredniego działania są stosowane do regulacji
stałowartościowej ciśnienia w rurociągach. W prostych rozwiązaniach, pomiar wartości
zadanej oraz nastawienie nastawnika uzyskuje się za pomocą tej samej membrany, są to
regulatory o małej dokładności. Dokładniejsze regulatory są bardziej złożone i mają
oddzielne zadajniki wartości zadanej oraz nastawniki w postaci zaworów regulacyjnych.
Własności dynamiczne tych regulatorów są proporcjonalne P lub całkujące I.
Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P
Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P (rys. 1,2) jest przeznaczony
do regulacji wody za regulatorem w zakresie 0,01…1,0 MPa.
W skład regulatora wchodzą następujące główne zespoły: zawór regulacyjny
dwugniazdowy (3), siłownik membranowy (2) oraz serwozawór (9).
Zasada działania regulatora BRU-P (rys. 2)
W regulatorze ciśnienia siła pochodząca od napięcia sprężyny (8) serwozaworu
uzyskana przez obracanie śruby (7) oddziałuje na membranę (10) serwozaworu. Na
membranę oddziałuje również siła wypadkowa pochodząca od ciśnienia regulowanego p i
sprężyny zwrotnej 13. Wielkość naprężenia sprężyny (8) określa wartość ciśnienia
regulowanego p.
Ciśnienie zasilania pz działa przez przewód impulsowy na grzybek (12) serwozaworu. Zawór
(3) odcina przepływ na skutek działania na grzyb (4) siły pochodzącej od sprężyny (1). Z
chwilą wprowadzenia odpowiedniego naprężenia sprężyny nastawy (8) przez obroty śruby (7)
w kierunku prawym następuje ruch grzybka (12) serwozaworu w kierunku jego otwarcia,
czynnik przepływa do przestrzeni pod grzybkiem 12 i dalej (przez serwozawór) przewodem
(6) dopływa pod membranę (5) siłownika (2). Ciśnienie to działa na membranę (5) i powoduje
ruch grzybka (4) w kierunku otwarcia zaworu. Następuje przepływ czynnika przez zawór
główny regulatora, za którym ciśnienie czynnika powinno być utrzymane na stałym poziomie
p. Ciśnienie to jest doprowadzone przewodem impulsowym (11) nad membranę (5), a także z
przestrzenią nad membraną (10) serwozaworu, gdy maleje zapotrzebowanie na czynnik,
którego ciśnienie jest regulowane, ciśnienie czynnika rośnie. Rośnie także ciśnienie nad
membraną (10) serwozaworu, powodując ruch grzybka (12) w kierunku odcięcia przepływu
przez serwozawór. Maleje wówczas ciśnienie pod membraną (5), powodując ruch grzybka (4)
w kierunku przymykania zaworu. Następuje zmniejszenie przepływu przez zawór. Jeżeli
zapotrzebowanie na czynnik regulowany rośnie, wówczas ciśnienie tego czynnika spada.
Serwozawór (9) reaguje w ten sposób, że zmniejsza dopływ czynnika nad membraną (5).
Ciśnienie nad membraną zmniejsza się. Grzyb (4) zaworu przesuwa się w kierunku otwarcia
zaworu. Przepływ przez zawór (3) rośnie, powodując wzrost ciśnienia p do wartości
nastawionej.
2
Rys. 1 Widok regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P
Rys. 2 Budowa regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P
3
Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2
Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2 firmy Polna (rys. 3,4) jest
przeznaczony do regulacji zadanego ciśnienia w instalacji połączonej z wylotem zaworu
regulatora. Regulator ZSN-2 (rys. 4) składa się z trzech, połączonych rozłącznie głównych
zespołów: zaworu (1), siłownika (2) i wzmacniacza (3). Zawór regulatora, jednogniazdowy z
odciążonym grzybem. Dla zapewnienia poprawnego działania regulatora wymagana jest
minimalna wartość różnicy ciśnień na zaworze równa dwukrotnej wartości napięcia
wstępnego sprężyn w siłowniku.
Rys. 3 Widok regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2
4
2
3
6
7
5
4
8
1
9
10
3
11
12
Rys. 4 Budowa regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2: 1-zawór, 2-komora
siłownika, 3-wzmacniacz, 4-grzyb, 5-trzpień siłownika, 6-membrana siłownika, 7-sprężyna
wzmacniacza, 8-membrana wzmacniacza, 9-12-przewody impulsowe .
Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3
Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3 firmy Polna (rys. 5,6) jest
przeznaczony do regulacji zadanego ciśnienia w instalacji połączonej z wlotem zaworu
regulatora. Regulator ZSN-3 (rys. 6) składa się z trzech, połączonych rozłącznie głównych
zespołów: zaworu (1), siłownika (2) i nastawnika(3). Zawór regulatora, jednogniazdowy z
odciążonym grzybem. Dla zapewnienia poprawnego działania regulatora wymagana jest
minimalna wartość różnicy ciśnień na zaworze równa dwukrotnej wartości napięcia
wstępnego sprężyn w siłowniku.
Zasada działania ZSN-3 (rys.6)
Zawór regulatora jest zamknięty w stanie bez energii. Regulowane ciśnienie jest
podawane przewodem impulsowym przez łącznik (8) pod membranę (5) siłownika (2). Druga
komora siłownika połączona jest przez korek odpowietrzający (9) z atmosferą. Wzrost
regulowanego ciśnienia ponad wartość zadaną, ustawioną za pomocą napięcia zespołu
sprężyn (6) w nastawniku (3) powoduje ugięcie membrany, przesunięcie trzpienia (7)
siłownika i otwieranie grzyba (4) zaworu do momentu, w którym wartość regulowanego
ciśnienia osiągnie wartość zadaną na nastawniku.
Punkt poboru impulsu regulowanego ciśnienia powinien być usytuowany przed
wlotem zaworu regulatora.
5
Rys. 5 Widok regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3
3
6
9
5
2
8
7
4
1
Rys. 6 Budowa regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3: 1-zawór, 2siłownik, 3-nastawnik, 4-grzyb, 5-membrana siłownika, 6-sprężyna, 7-trzpień siłownika, 8łącznik, 9-korek odpowietrzający .
6
2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i zasadą działania regulatorów
ciśnienia bezpośredniego działania, wyznaczenie przebiegu regulacji oraz przedstawienie
metod oceny jakości regulacji.
Dla określonych nastaw wstępnych układu regulacji, dokonać oceny jakości i
dynamicznej tego układu na podstawie zarejestrowanych przebiegów regulacyjnych,
będących odpowiedzią układu na zadane wymuszenie skokowe.
3. Metodyka badań – regulator ciśnienia bezpośredniego działania typu
BRU-P oraz ZSN-2
a) opis stanowiska badawczego regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typu
BRU-P oraz ZSN-2
1
6
2
8
3
4
5
7
Rys. 7 Schemat stanowiska badawczego: 1-rejestrator,2-regulator ciśnienia bezpośredniego
działania typ BRU-P lub ZSN-2, 3-manometr, 4-zbiornik ciśnieniowy, 5- pompa, 6- rotametr,
7-zbiornik otwarty, 8- zawór odcinający .
b) przebieg realizacji eksperymentu
Wielkością regulowaną jest ciśnienie na wypływie wody z regulatora BRU-P lub
ZSN-2. W celu wykonania ćwiczenia należy:
1) Włączyć rejestrator ciśnienia (1).
2) Wprowadzić zakłócenie skokowe wartości zadanej poprzez zmianę ilości
przepływającej przez rotametr (6).
3) Rejestrować szybkość zmiany ciśnienia
Po wykonaniu ćwiczenia należy wyłączyć rejestrator ciśnienia (1).
7
c) prezentacja i analiza wyników badań
Na podstawie zarejestrowanego przebiegu regulacyjnego określić przebieg ciśnienia
wskazywanego przez rejestrator oraz wyznaczyć graficznie i obliczyć wskaźniki jakości
dynamicznej.
4. Metodyka badań – regulator ciśnienia bezpośredniego działania typu
ZSN-3
a) opis stanowiska badawczego regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typu
ZSN-3
2
6
1
8
3
4
5
7
Rys. 8 Schemat stanowiska badawczego: 1-rejestrator,2-regulator ciśnienia bezpośredniego
działania typ ZSN-3, 3-manometr, 4-zbiornik ciśnieniowy, 5- pompa, 6- rotametr, 7-zbiornik
otwarty, 8- zawór odcinający .
b) przebieg realizacji eksperymentu
Wielkością regulowaną jest ciśnienie przed regulatorem ZSN-3. W celu wykonania
ćwiczenia należy:
1) Włączyć rejestrator ciśnienia (1).
2) Wprowadzić zakłócenie skokowe wartości zadanej poprzez zmianę ilości
przepływającej przez rotametr (6).
3) Rejestrować szybkość zmiany ciśnienia
Po wykonaniu ćwiczenia należy wyłączyć rejestrator ciśnienia (1).
8
c) prezentacja i analiza wyników badań
Na podstawie zarejestrowanego przebiegu regulacyjnego określić przebieg ciśnienia
wskazywanego przez rejestrator oraz wyznaczyć graficznie i obliczyć wskaźniki jakości
dynamicznej.
5. Wymagania BHP
Do wykonania ćwiczeń dopuszczeni są studenci, którzy zostali przeszkoleni (na
pierwszych zajęciach) w zakresie szczegółowych przepisów BHP obowiązujących w
laboratorium.
W trakcie wykonywania ćwiczeń obowiązuje ścisłe przestrzeganie przepisów
porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego.
Wszystkie czynności związane z uruchamianiem urządzeń elektrycznych należy
wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia.
Zabrania się manipulowania przy wszystkich urządzeniach i przewodach
elektrycznych bez polecenia prowadzącego.
6. Sprawozdania studenckie
Sprawozdania studenckie powinno zawierać następujące informacje:
1) Skład osobowy grupy oraz podpisy, nazwę kierunku studiów, laboratorium i tytuł
ćwiczenia, datę wykonania ćwiczenia,
2) Określenie poszczególnych zadań wraz z ich rozwiązaniem:
a) cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego,
b) niezbędne związki teoretyczne,
c) opis rzeczywistego stanowiska badawczego,
d) przebieg realizacji eksperymentu,
e) wykonanie potrzebnych przeliczeń i zestawień,
f) wykresy i charakterystyki (sporządzone na papierze milimetrowym),
g) zestawienie i analiza wyników badań.
3) Analiza dokładności pomiarów.
4) Posumowanie uzyskanych wyników w postaci syntetycznych wniosków.
5) Zestawienie łączników (protokołów, taśm rejestracyjnych, itp.).
7. Literatura
W. Chmielnicki, K. Kasperkiewicz, B. Zawada: „Laboratorium automatyzacji urządzeń
sanitarnych”, Arkady 1985,
W. Chmielnicki: „Podstawy automatyki w inżynierii sanitarnej”, WPW, Wrocław 1977,
L. Kołodziejczyk, S. Mańkowski, M. Rubik: „Pomiary w inżynierii sanitarnej”, Arkady
Warszawa 1980
9
P [MPa]
CHARAKTERYSTYKA POTENCJOMETRU Nr 2:
p=0,005617978*R-0,00224719
0,30
0,28
0,26
0,24
0,22
0,20
0,18
0,16
0,14
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
R [Ω]
Rys. 9 Charakterystyka potencjometru nr 2.
28
30
32
34
36
38
40
42