Краткие теоретические сведения. Основной характеристикой регулятора независимо от конструкции и принципа действия является реализуемый закон регулирования

Основной характеристикой регулятора независимо от конструкции и принципа действия является реализуемый закон регулирования. Наиболее распространены следующие виды регуляторов: позиционный (Пз-регуляторы), пропорциональный (П-регулятор), интегральный (И-регулятор), пропорционально-интегральный (ПИ-регулятор), пропорционально-дифференциальный (ПД-регулятор), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-регулятор).

Пропорциональными называются регуляторы, у которых отклонение регулируемого параметра от заданного значения вызывает перемещение регулирующего органа на величину, прямо пропорциональную этому отклонению.

Рассмотрим устройство и работу пропорционального регулятора прямого действия (рис. 1). Регулируемое давление р подается в камеру К измерительного мембранно-пружинного механизма, в который входят мембрана 6 с жестким центром 5 и пружина 4. Шток 2 соединяет мембрану с затвором 1 регулирующего органа. Настройка регулятора на заданное значение давле-ния осуществляется вра-щающейся гайкой 3, изменяющей натяжение

Рисунок 1. Схема пропорционального пружины.

регулятора

Сверху на мембрану регулятора действует давление р, которое подводится по трубке 7 в камеру К. Снизу действует сила деформации пружины 4. Если регулируемое давление имеет заданное значение, то силы, действующие на мембрану, равны и затвор регулирующего органа находится в покое.

Если на систему оказывается возмущающее воздействие, выражающееся в уменьшении расхода при неизменном притоке, регулируемое давление Р возрастет, мембрана будет прогибаться сильнее, но и пружина будет сжиматься плотнее, противодействуя прогибу. Как только сила противодействия пружины будет равна силе давления, движение подвижных частей прекратится, наступит новое равновесное состояние при возросшем значении регулируемого давления и другом положении затвора регулирующего органа. Тем самым достигается пропорциональность между регулируемой величиной и перемещением регулирующего органа.

Основным достоинством пропорциональных регуляторов является их быстродействие, т. е. малое время и высокая устойчивость процесса регулирования. Благодаря этим качествам П-регуляторы используют для работы с объектами без самовыравнивания.

Недостаток П-регулятора – низкая точность регулирования, т. е. после окончания переходного процесса П-регуляторы не обеспечивают точно заданного значения регулируемого параметра. Разность между установившимся и заданным значениями регулируемого параметра при использовании П-регулятора называется остаточным отклонением или статической ошибкой, которая зависит от величины настроечного параметра k _р.

Интегральными называются регуляторы, у которых скорость перемещения регулирующего органа прямо пропорциональна отклонению регулируемого параметра от заданного значения.

Рассмотрим устройство и принцип работы интегрального регулятора прямого действия (рис. 2). На трубопроводе (управляемый объект) установлен регулятор давления. Если регулируемая величина – давление после регулятора – будет изменяться, то изменение давления через трубку 1 будет передаваться на мембрану 6 исполнительного механизма, связанную с регулирующим органом 4 с помощью штока 5. Шарнирно этот шток соединяется с рычагом 2, на котором укреплен груз 3, являющийся задающим устройством.

Регулируемое давление зависит от притока среды, т. е. от степени открытия регулирующего органа 4. Когда давление равно заданному значению, усилия, развиваемые мембраной 6 и грузом 3, равны и шток 5 неподвижен.

При увеличении или уменьшении давления против заданного шток и регулирующий орган будут перемещать-ся соответственно вниз или вверх до тех пор, пока регулируемое давление вновь

Рисунок 2. Схема интегрального не станет равно заданному значению и

регулятора. силы, действующие на шток, не уравновесятся.

Это состояние равновесия может наступить при любом положении регулирующего клапана.

В интегральных регуляторах нет жесткой зависимости между отклонением регулируемого параметра и положением регулирующего органа. Они просты по устройству. Достоинством И-регуляторов является также то, что в установившемся режиме заданное значение регулируемого параметра ими поддерживается точно.

Недостатки И-регуляторов обусловлены их динамическими свойствами. При появлении хотя бы небольшого отклонения регулируемого параметра от заданного значения И-регулятор будет медленно перемещать регулирующий орган вплоть до положения его полного открытия или закрытия. Перемена направления движения регулирующего органа наступит лишь тогда, когда регулируемый параметр пройдет заданное значение. Это может привести к раскачиванию системы регулирования вместо ее успокоения и стабилизации. И-регуляторы могут использоваться только для работы с объектами, обладающими большим самовыравниванием.

Регуляторы прямого действия служат для регулирования отдельных параметров. Они применяются в тех случаях, когда для приведения в действие регулирующего органа не нужно больших усилий и чувствительный элемент обладает необходимой для этого мощностью. Регуляторы прямого действия дешевы, просты по конструкции, надежны в эксплуатации и не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. Их область применения ограничивается простейшими объектами регулирования с благоприятными динамическими свойствами.

Для примера рассмотрим регулятор давления прямого действия. Он представляет собой мембранный клапан, регулирующий давление «после себя» (типа 25ч10нж) и «до себя» (типа 25ч12нж, РД, РДУК-2 и др.). Регуляторы

Рисунок 3. Регулятор давления давления «после себя» служат для регу-

прямого действия. лирования давления среды за регулиру-

ющим клапаном. В регуляторах «до се-

бя» импульс давления берется до клапана регулятора, где поддерживается постоянное давление.

Регулятор типа 25ч12нж изображен на рис. 3. Регулируемое давление по импульсной трубке через штуцер 2 переда-пси в камеру давления, действует на мембрану 1 и создает усилие на шток клапана 7, которое сравнивается с противодействующим усилием грузов 3 и 4. При отклонении регулируемого давления от заданного значения результирующее усилие перемещает затвор 5, изменяя проходное сечение клапана 6 и регулирующее воздействие до тех пор, пока давление вновь не станет равным заданному. Тогда подвижная система регулятора возвратится в состояние равновесия. Масса груза определяет диапазон настройки регулятора. Регулятор применяется для работы с паром, газом, воздухом при давлении 1568 кПа и температуре до 300°С. Пределы регулируемых давлений 15…1176 кПа. Диаметры условного прохода клапана 50, 80, 100, 150 мм.

Регуляторы давления применяются, например, для регулирования давления пара, подогревающего бензин при подаче его в экстракторы.