Устройство для управления расходом

Союз Советских Социалистических Республи ТОР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(3) УД К 621.646, .3 (088.8) ата опубликования описания 30.11,8 Авторызобретени Г. Гребенюк кишов и В. В. Котляро) Заявител дена Ленина институт проблем управления 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОД тносится ойствам оматике,управлениятроиствжащее Изобретение ок авт в,частности к устр для расходом,Известно устройство для управления расходом, содержащее насос, работающий спостоянным числом оборотов, дроссельныйи питательный клапаны и регулятор перепада давления 11.Известному устройству присущи неэкономичность, так как для получения малых зна.чений расхода требуется дросселировать потокна выходе насоса; низкая надежность, связанная с быстрым выходом из строя дросселирующих органов иэ-за больших перепадов давления; высокая себестоимость изготовления питательного клапана, вызваннаяспециальными требованиями к его характерис.тикам (например, профилировке плунжерадля получения линейной зависимости междуположением штока и расходом в магистрали,20точности и т.д,).Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ус одля управления расходом, содер датчик и регулятор числа оборотов вала насоса, первый датчик давления, регулятор перепада давления и последовательно расположенные в магистрали насос, снабженный регулируе. мым 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 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, чтомежду положением штока и расходом в ма 1 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 вустройство введены два преобразователяи два блока задания опорного сигнала, вы.ход каждого из которых соединен с первымвходом соответствующего преобразователя,при этом первый датчик давления расположен на входе насоса, вторые входы преобра.эователей подключены к задатчику расхода,выход первого преобразователя - к третье.му. входу регулятора перепада давления,подсоединенного выходом ко входу сервопри.вода клапана, первый вход регулятора числаоборотов подключен к датчику числа оборотов вала насоса, второй вход - к выходувторого преобразователя, а выход регулятора числа оборотов соединен со входом регулируемого привода насоса,Напорную характеристику насоса можнопредставить аналитически в виде квадратичного полннома 3Н = А + Вп 0+ ССР, (1)где А, В и С - постоянные, зависящиеот конструкции насосаА) О, В(О,С(О.При наличии реальных характеристик насоса (графических) зависимость вида (1)можно построить, используя методы аппроксимации, например метод наименьших квадратов,Напор насоса равен перепаду давлениярабочей жидкости между его входным и выходным патрубкомН=Р,-Ргде Р 2 - давление на выходе насоса;Р, - давление на входе,Выражение (1) можно переписать в видеР = Р, + Ап 2 + Вп 0+ С 0 (2)Число оборотов вала насоса определяетсяпо линейной зависимости видай=а+р 0 (3)где 0 - заданный расход, который требуется получить;п - задание числа оборотов вала насо са)3а и 11 - коэффициенты, методика выборакоторых описана ниже.8859784 ЭО 5 1 О 15 20 Э 5 40 45 50 55 В известных устройствах управление расхо.дом в сети происходит путем перемещенияштока питательного клапана, причем по положению штока судят о величине расхода.В предлагаемом устройстве датчиком расходаявляется датчик оборотов вала насоса.Зависимость вида (3) выбирается из следующих соображений,При регулировании расхода изменениемчисла оборотов они должны меняться в определенных пределах от п = пн до п = пь.Эти пределы определяются напором, которыйдолжен развивать насос при изменении расхода в соответствии с характеристикой сети,при этом Нн - номинальное значение напора насоса; Н - величина статическогонапора,По двУм точкам 0 = Он, и = ин.и 0 = 01 и = п строится зависимостьвида (3) между заданным значением расхода 0 и заданным числом оборотов и.Уравнение (3) можно представить в виде0 = а+ Ь й При замене в равенстве (2) расхода линейной функции от оборотов уравнения (4) получается зависимость, определяющая заданное давление на выходе насоса Р = Р 1 + и 2 (А+ В Ь+ СЬ ) + и (В а++ 2 СаЬ) + Са (ЯТаким образом, для выполнения линейнойзависимости (3) между числом оборотов ирасходом необходимо поддерживать давление на выходе насоса равным вычисленномупо уравнению (5).Так как при изменении нагрузки сетифактическое давление Р, может отклоняться от давления Р, то на выходе насосаставится клапан, корректирующий характеристику сети, что позволяет подцерживать давление Р, равным заданному Р.Для снижения расхода от 0 н до 01.необходимо уменьшить обороты от ин до и,и задросселировать поток на выходе насосадо получения напора ННаличие нелинейного звена в равенстве(5) затрудняет техническую реализацию (требуется введение квадратора). Для получениялинейного закона на задание по изменениюдавления в функции от числа оборотовможно выбрать зависимость (4) так, чтопри ее подстановке в равенство (5) коэффициент при п станет равным нулю (т.е.А+ ВЬ+ СЬ = 0), или воспользоваться2квадратичной зависимостью перепада давленияна участке сети от расхода, т.е. добавить клевой и правой частям равенства (5) член -0-2 , представляющий собой падение давления на участке магистрали от выходного патрубка насоса до какой-то точки сети ,Рг=Р,+и(А+В Ь+ сЬ ) +и (Ва+ 2 СаЬ) + + Саг -(а + Ь и) гОбозначим Рг = Рг -г,0, где Р, - заданное давление в выбранной точке магистрали. ТогдаВРг= Р, + (А+ ВЬ+ сЬг-Ьг) йг + К и+М Если выполнено равенство А+ ВЬ+ с Ьз.Ъз.ФО порные сигналы6 ЮЧформируютсяв блоках 12 и 13 Л Мз 885978 Регулятор 7 перепада давления, управляя,сервоприводным клапаном 2, поддерживаетфактический перепад давления на насосеН: р р равным заданному перепаду давления Д , Регулятор 10 числа оборотовнасоса поддерживает фактические обороты на 10 соса и, равными заданным.иПрименение изобретения йозволяет повы.сить быстродействие, экономичность устройства.то уравнение становится линейным Рг = Р,+ К 1 и+ Кг (7) где К, = Ва + 2 СаЬ - -ф (А + ВЬ + СЬ ); Кг = Са - (А + ВЬ + СЬг).Формула изобретения Меняя местоположение датчика давленияв напорной магистрали или устанавливаярегулировочйую шайбу, можно получить расчетное значение коэффициента сопротивлениямагистрали,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 н 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 насосаи=а+РО=Р( -+О);Нз=К, и +1 сг = 1 с, (а+ ф О) + Кг = М 1 + Мг 0 =/бъгдеМ, =К,а +Кг:Мг ="11 Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Певзнер Б, М, Судовые центробежныеар и осевые насосы. Л "Судостроение", 1964,с. 195, рис. 99 б.2, Там же, с, 195, рнс 99 Я" (прототип),3, Степанов А. И, Центробежные и осевыекомпрессоры, воздуходувки и вентиляторы.ча М "Машиностроение", 1960, с. 87. Устройство для управления расходом, со.держащее датчик и регулятор числа оборотов р вала насоса, первый датчик давления, регулятор перепада давления и последовательнорасположенные в магистрали насос, снабженный регулируемым приводом, второй датчикдавления и сервоприводной клапан, причемпервый вход регулятора перепада давленияподключен к первому датчику давления, второй вход регулятора перепада давления -1ко второму датчику давления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью по.вышения быстродействия устройства в неговведены два преобразователя и два блоказадания опорного сигнала, выход каждогоиз которых соединен с первым входом соответствующего преобразователя, прн этомпервый датчик давления расположен на входенасоса, вторые входы преобразователей подключены к задатчику расхода, выход первого преобразователя - к третьему входурегулятора перепада давления, подсоединенно 4 ч го выхоцом ко входУ сеРвопРивоца клапанапервый вход регулятора числа оборотовподключен к датчику числа оборотов валанасоса, а второй вход - к выходу второгопреобразователя, а выход регулятора числа 45,оборотов соединен со входом регулируемого привода насоса.