Система регулирования давления газа

3 СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСНИ ПУБЛИН 4 6 05216/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТ А ВТОРСНОМУ 9 35. К. Бобровский,друшев и Г.А.Понодетельство СССР, 0 16/20, 1970.тельство СССР П 16/20, 1.975. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯГАЗА(57) Изобретение относится к автоматческому управлению и регулированиютехнологических параметров производственньм процессов и может быть использовано на предприятиях химическометаллургической промышленности, атакже в экспериментальной газодинамике для регулирования давления газа в1425620 Проточной камере. Целью изобретенияявляется понышение качества регулиронания давления газа в условиях действующих на систему ннешних возмущенийПо давлению газа в магистрали высокого давления, когда коэффициент передачи проточной емкости по управляющеьу воздействию изменяется более чемИа два порядка, Поставленная цель достигается тем, что в систему регулирования нведены блок сравнения 8, инерционное звено 11 с постоянной вре"мени, равной постоянной времеИзобретение относится к автомати-. ческому управлению и регулированию производственных процессон и может быть использовано на предприятиях хиМической, металлургической промышлен ности и в экспериментальной газодинамике для автоматического регулирова" ния давления газа в проточной емкости н тех случаях, когда источник питания сжатым газом ограничен по мощности и на систему регулирования давления действует возмущение в ниде резкого падения давления в питающем резервуаре.Цель изобретения - повышение каче" ,ства регулирования давления в условиях действующих на систему внешних возмущений по давлению газа в магистрзли высокого давления, когда коэффициент передачи проточной емкости по по возмущающему воздействию меняется более чем на два поряДка.На фиг. 1 представлена схема системы регулирования давления газа; на фиг. 2 - схемная реализация датчика площади открытия регулирующего вентиля; на фиг. 3 и 4 - нелинейные зависимости площади проходного сечения вентиля от величины перемещения клапана регулирующего вентиля; на фиг.5- временные диаграммы на входах и выходе блока сравнения.На диаграммах (фиг.5) обозначено: а, - сигнал задания регулируемого давления на входе блока сравнения; б - сигнал с датчика регулируемого давления на входе блока сравнения; в -ни проточной емкости, решающий усилитель 12, н прямую цепь которого включен датчик 19 давления газа и магистрали высокого давления, а н цепьобратной связи " дополнительный датчик 20 давления в емкости, сумматор14, к одному входу которого подключен решающий усилитель 15 с датчиком16 площади открытия регулирующего вентиля в прямой цепи, а к другому входу -решающий усилитель 17 с датчиком 18площади критического сечения регулируемого диффузора в прямой цепи. 5 ил. сигнал компенсации инерционности трубопровода на входе блока сравнения; г - суммарный сигнал на выходе блока сравнения с учетом компенсации инерционности; д - суммарный сигнал на выходе блока сравнения беэ компенсацииеСистема содержит проточную емкость 1 с критическим сечением 2 регулируемого диффузора 3, регулирующий вентиль 4, магистраль 5 высокого давления, исполнительный двигатель 6, блок 7 управления, блок 8 сравнения, первый датчик 9 давления в емкости, задатчик 10 давления, инерционное звено 11, второй решающий усилитель 12, инвертор 13, сумматор 14, первый решающий усилитель 15, датчик 16 площади открытия регулирующего вентиля, третий решающий усилитель 17, датчик 18 площади критического сечения регулируемого диффуэора, датчик 19 давления газа н магистрали высокого давления, второй датчик 20 давления в емкости, регистор 21 и емкость 22 в цепи обратной связи инерционного звена, произведение которых должно равняться величине постоянной времени проточной емкости, Датчики давления 9 и 20 в емкости отличаются по своему конструктивному выполнению, так как датчик 9 должен иметь на выходе напряжение или ток, пропорциональные измеряемому давлению (датчик типа "Сапфир", "Кристалл" ), а датчик 20 должен иметь потенциометрический выход и осуществлять преобразованиез 1425620 давления в пропорциональное ему сопротивление (датчик манометрический типа ДДМ).Датчик площади открытия регулирую 5 щего вентиля содержит диодную линейку 23 и операционный усилитель 24,Сущность изобретения заключается в автоматическом формировании сигна л ла компенсации возмущающего воздействия по давлению газа в магистрали высокого давления и вводе его в схему управления в удобном для реализации месте.Передаточная функция канала компенсации возмущения имеет види1 1 Р,ю КЯ(8) - ( + ) оВГ, Гф Р то+1 ф 50 55 где Р - площадь проходного сечениярегулирующего вентиля;Г - площадь проходного сечениярегулир 4 емога диффузора навыходе проточной емкости;Ро - регулируемое давление газав проточной емкости;Р - давление газа в магистраливысокого давления;Т, - постоянная времени объектарегулирования;Я - оператор дифференцирования;К - коэффициент пропорциональности.Сигнал компенсации вводится через блок сравнения с отрицательным зна" ком.Система работает, следующим образом. До начала работы в задатчике 10 давления выставляют программу изменения регулируемого давления в проточной емкости 1. С помощью регулируемого диффузора 3 устанавливают необходимое критическое сечение 2, соответ,ствующее необходимой скорости потока газа. После запуска экспериментальной установки сигнал рассогласования с выхода блока 8 сравнения, полученный в результате сравнения сигналов с датчика 9 давления и задатчика 10, поступает в блок 7 управления и после усиления по мощности - на вход исполнительного двигателя 6, который перемещает регулирующий вентиль 4 в положение, соответствующее заданному регулируемому давлению. При этом воздух иэ магистрали 5 высокого давления поступает через регулирующий вентиль В проточную емкость 1 и дл.1 е.с через критическое сечение 2 регулнруемого диффузора на выход.Динамические свойства системы - быстродействие, устойчивость и точность существенно зависят от коэффициента передачи и инерционности элементов системы, а также от величины и харак-. тера действующих возмущений. С целью ликвидации отрицательного воздействия падения давления в магистрали по мере расхода рабочего газа в структуре системы предусмотрен отдельный вход блока 8 сравнения для ввода сигнала компенсации указанного возмущения. Решающий усилитель 15 в зависимости от положения датчика 16 площади открытия регулирующего вентиля Формиру-. ет сигнал, пропорциональньп величине 1/Г, . В зависимости от положения створок регулируемого диффузора 3, определяющих площадь критического сечения 2, решающий усилитель 17 посредством датчика 18 формирует на одном из выходов сумматора 14 сигнал,Ф пропорциональный величине 1/Р .Сигнал разности этих величин с выхода сумматора через инвертор 13 подается на вход первого решающего усилителя 12, осуществляющего деление величины регулируемого давления Р, на величину давления газа в магистрали высокого давления Р с помощью датчиков 19 и 20. Сигнал с выхода усилителя 12 через инерционное звено 11 поступает на отдельный вход блока 8 сравнения. Блок 7 управления является стандартным усилителем мощности для электропривода.Датчик 18 площади проходного сечения регулируемого диффузора на выходе из проточной емкости выполнен в виде стандартного линейного потенцио 10 15 20 25 30 35 40 метра, механически связанного с одной из подвижных створок диффузора 3,"горло" которого имеет прямоугольноесечение, При этом перемещение створки и, соответственно, потенциометрапроизводится по одной из поперечныхкоординат, а вторая составляющая сечения диффузора является величинойпостоянной и учитывается в виде постоянного коэффициента при тарировке датчика площади критического сечения диАфузора,В регулирующем вентиле 4 площадь проходного сечения связана с величиной перемещения клапана, как правило25620 514 нелинейной зависимостью, поэтому использование линейного потенциометра в качестве датчика 16 не представляется возможным. Искомая нелинейная зависимость получается путем аппроксимации механической характеристики регулирующего вентиля несколькими отрезками прямых нри помощи диодной линейки, на вход которой подается сигнал с датчика линейного перемеще" ния клапана регулирующего органа (не показан). Выходной сигнал усиливается до необходимого уровня операционным усилителем. Реализуемая с помощью указанной схемы нелинейная характеристика представлена на фиг.З (1 - величина перемещения клапана). Я рассматриваемой системе стоит задача получения сигнала, пропорционального величине, обратной площади открытия регулирующего вентиля (ХГ ) . В этом случае расчетная схема остается той же, но датчик перемещения клапана включается так, что минимальному перемещению клапана соответствует максимальный уровень сигнала (фиг.4) .Таким образом, компенсация возмущающего воздействия на проточную емкость по изменению давления в магистрали высокого давления позволяет существенно увеличить коэффициент передачи системы регулирования, что позволяет повысить статическую точность и придать системе свойства инвариантности - независимость регули" рования давления газа от давления в магистрали высокого давления, рас" хода газа и инерционности проточнойемкости.Формула изобретенияСистема регулирования давления га 5эа, содержащая регулирующий вентиль,установленный в магистрали высокогодавления и подключенный к проточнойемкости с регулируемым диффузором навыходе, задатчик давления и первыйдатчик давления в емкости, подключенные выходами соответственно к первомуи второму входам блока сравнения, выход которого соединен с входом блокауправления исполнительным двигателем,связанным выходом с регулирующим вентилем, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения качества регулирования давления, система содержитпоследовательно соединенные первыйрешающий усилитель, сумматор, инвертор, второй решающий усилитель и инерционное звено, а также третий решающий усилитель, в прямую цепь которого включен датчик площади критического сечения регулируемого диффузора,датчик площади открытия регулирующего вентиля, включенный в прямую цепьпервого решающего усилителя, датчикдавления газа в магистрали высокогодавления, включенный в прямую цепьвторого решающего усилителя, и второйдатчик давления в емкости, включен"ный в цепь обратной связи второго ре 35шающего усилителя причем выход треУтьего решающего усилителя соединенс вторым входом сумматора, а выходинерционного звена " с третьим входомблока сравнения., 1 б 2 5620