Задание 1
Выбрать по справочной литературе необходимые приборы для реализации информационной цепи (датчик – преобразователь – контрольно-измерительный прибор) и управляющей цепи (регулятор – преобразователь, если необходим, – исполнительный механизм – регулирующий орган).
Дать краткое описание приборов и их параметров.
Приборы в цепи должны иметь согласованные параметры входные – и выходные сигналы, соответствовать уровню технологического параметра (информационная цепь) и мощности, требуемой для перемещения регулирующего органа в цепи управления.
Если мощность выходного сигнала датчика или его преобразователя позволяет, то этот сигнал можно одновременно подать на вход контрольно-измерительного прибора (КИП) и регулятора. В обратном случае для подачи на вход регулятора информации о текущей величине регулируемого параметра необходимо установить отдельный датчик (например, двойную термопару). Обратить внимание на класс точности используемых в информационной цепи приборов и диапазон шкалы контрольно-измерительного прибора. Номинальная величина технологического параметра должна находиться в последней трети диапазона шкалы контрольно-измерительного прибора.
Составить:
Структурную схему автоматизации.
Функциональную схему автоматизации.
Спецификацию оборудования.
Исходные данные:
Вариант – последняя цифра шифра
Технологический параметр и условие
Величина параметра
Регулирующий орган
Техническая характеристика рег. органа
Дополнительные требования к цепи приборов
10
Температура
Среда щелочная
300 С
Поворотная заслонка
Момент равен 80 Нм
Приборы пневматические
Датчик – преобразователь температуры.
Преобразователи температуры с пневматическим выходным сигналом 13ТД73
1. Назначение
Предназначен для преобразования в унифицированный пневматический сигнал температуры жидких и газообразных агрессивных сред, в т.ч. в условиях АЭС.
2. Технические характеристики
1. Верхние пределы измерения:
+100…+400;
2. Длина соединительного капилляра, м
4
3. Длина погружения термобаллона, мм
200
4. Классы точности
0,6
5. Давление питания, кгс/см 2
1,4±0,14
6. Рабочий диапазон выходных
пневматических сигналов, кгс/см 2
0,2…1
7. Температура окружающей среды, °С
–50…+80
8. Относительная влажность, %, не более
95
9. Давление измеряемой среды,
кгс/см 2, до
64 без защитной гильзы
250 с защитной гильзой
10. Изготавливаются по
ТУ 25–7310.032–86
11. Габаритные размеры, мм
182х140х97
/>
Регулятор.
Приборы контроля пневматические с электрическим приводом диаграммы ПВ10.1
1. Назначение
Приборы контроля работают совместно с пневматическими датчиками и другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы в пределах 20…100 кПа. ПВ10.1Э – прибор для непрерывной записи и показания величины регулируемого параметра, указания положения контрольной точки и величины давления на исполнительном механизме.
2. Технические характеристики
Параметры
Значение
Диапазон аналоговых давлений, подаваемых на вход.
20…100 кПа
Питание прибора осуществляется осушенным и очищенным от пыли и масла воздухом давлением.
40 кПа ± 14 кПа
Класс загрязненности сжатого воздуха питания.
0 и 1
Предел допускаемой основной погрешности по всем шкалам и диаграмме.
не превышает ± 1,0% от номинального диапазона входного сигнала
Нижний предел измерения приборов с расходной шкалой.
30% верхнего предела измерения
Изменение показаний прибора, вызываемое отклонением давления питания в пределах.
± 14 кПа от номинального, не превышает 0,5 абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности.
Погрешность хода диаграммы.
не превышает ± 5 мин. за 24 часа
Длина шкал приборов и ширина поля записи диаграммы.
100 мм
Шкалы приборов.
0–100 линейные
Скорость движения диаграммы.--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
77
110
314
1,1
8,5
127
10-2
Рном= 77 (Вт) – номинальная мощность двигателя;
Uня = 110 (В) – номинальное напряжение якоря;
Iня = 1,1 (А) – номинальный ток якоря;
ωня = 314 (c-1) – номинальная скорость якоря;
Jя= 127×10-6 (кг×м2) – момент инерции якоря;
rя = 8,5 (Ом) – сопротивление якоря;
d = 10-2 (м) – диаметр вала двигателя.
Номинальныйполезный момент двигателя:
/>
КоэффициентпротивоЭДС обмотки якоря:
/>
Моментпотерь на валу двигателя:
/>
Момент с учетом потерь:
МS= С × Iня = 320 × 10-3× 1,1 = 352,55 × 10-3 (Н ×м).
Предварительная оценка передаточного числа редуктораip:
ip1 £ip£ip2
/>ip1 иip2находятся из уравнения:
/>
/>/>
1,7 · 10-3·ip2– 1,9 · ip+ 118,1 = 0.
ip1»58;
ip2»1058.
Диапазон передаточного числа редуктора:
58£ip£1058
Проверка рассчитанного передаточного числа редуктора по ipmax= 1058.
А) Выполнение условия по скорости:
ip· wнм≤ (1,1… 1,2) · ωня;
ip· wнм= 1058 · 1,4 = 386,4 (с-1);
1,1 · ωня= 1,1 · 377 = 414,7 (с-1).
386,4 (с-1) ≤ 414,7 (с-1) – условие выполняется.
В) Выполнение условия по моменту:
MНОМ≤ (3..4) · Mn;
MНОМ= 0,29 + 0,13 + 0,08 = 0,5 (Н·м);
3 · Mn= 3 · 464,2 · 10-3= 1,4 (Н·м).
0,5 (Н·м) ≤ 1,4 (Н·м) – условие выполняется. продолжение
--PAGE_BREAK--
С) Выполнение условия по перегреву:
Mt≤ Mn;
/>
/>
Mn= 464,2 · 10-3(Н·м).
248,8 (Н·м) ≤ 464,2 (Н·м) – условие выполняется.
Выбранный двигатель удовлетворяет всем условиям.
Расчёт редуктора с цилиндрическими колёсами для ip= 200:
ip =i1 ·i2 ·…·in = 200;
/>
где:
Zn– число зубьев n-ой шестерни.
Соотношение передаточных чисел ступеней редуктора:
/>
/>
Из расчёта, что:
in= 11,2;
/>
/>
/>
ИТОГ – 4 ступени.
i1= 1,88;
i2= 2,39;
i3= 3,98;
i4= 11,2.
ip= 1,88 · 2,39 · 3,98 · 11,2 = 200,29 »200;
Расчётчислазубьев:
Число зубьев ведущих шестерен:
Z1= Z3= Z5= Z7≤ 15 = 15.
Число зубьев ведомых шестерен:
Z2= Z1· i1= 15 · 1,88 = 28;
Z4= Z3· i2= 15 · 2,39 = 36;
Z6= Z5· i3= 15 · 3,98 = 60;
Z8= Z7· i4= 15 · 11,2 = 168.
Расчёт диаметра колёс:
Модуль зуба выбирается из стандартного ряда при условии обеспечения прочности зуба по удельному давлению на зуб:
/>
/>
/>
Для стальных цилиндрических прямозубых колёс с эвольвентным профилем:
σн
Удельное давление на зуб
≤ 1,372·108
kД
Динамический коэффициент
1,7
Мнс
Статистический момент на исполнительном валу
35,4 (Н×м)
kε
Коэффициент перекрытия
1,25
ψ
Коэффициент смещения (5..10)
5
kф продолжение
--PAGE_BREAK--
Коэффициент формы
0,12
π
3,14
R
Радиус последней шестерни редуктора
(Z8·m)/ 2
Z8
Количество зубьев последней шестерни редуктора
168
/>
m≥ 1,3 = 2,0.
Диаметр ведущих шестерен:
D1= D3= D5= D7= m· Z1= 2,0 · 15 = 30 (мм).
Диаметр ведомых шестерен:
D2= m· Z2= 2 · 28 = 56 (мм);
D4= m· Z4= 2 · 36 = 72 (мм);
D6= m· Z6= 2 · 60 = 120 (мм);
D8= m· Z8= 2 · 168 = 336 (мм).
Проверка:
A) Меньшего диаметра из колёс, относительно диаметра вала:
D1≥ 2d.
30 (мм) ≥ 20 (мм) – условие выполняется.
B) Передаточного числа пар и всего редуктора:
/>
/>
/>
/>
ip= 1,86 · 2,4 · 4,0 · 11,2 = 199,99 »200;
Передаточное число соответствует заданному.
Расчёт приведённого к валу двигателя момента инерции редуктора:
Расчёт момента инерции для шестерен по формуле для сплошного цилиндрического колеса:
/>
/>
J1= J3= J5= J7= KJ· D14= 7,752 · (3 · 10-2)4= 6,279 · 10-6(кг·м2);
J2= KJ· D24= 7,752 · (5,6 · 10-2)4= 76,237 · 10-6(кг·м2);
J4= KJ· D44= 7,752 · (7,2 · 10-2)4= 208,326 · 10-6(кг·м2);
J6= KJ· D64= 7,752 · (1,2 · 10-1)4= 1,6 · 10-3(кг·м2); продолжение
--PAGE_BREAK--
J8= KJ· D84= 7,752 · (3,36 · 10-1)4= 98,8 · 10-3(кг·м2);
Расчёт полного момента инерции:
/>
π
3,14
ρ
Плотность стали (кг/м3)
7,9 · 103
b= m· ψ
Ширина шестерни (м)
10-2
Di
Диаметр шестерни
30..336
/>
/>
= 6,279 · 10-6+ 23,851 · 10-6+ 10,769 · 10-6+ 3,495 · 10-6+ 2,47 · 10-6=
= 46,864 · 10-6(кг·м2).
Jред = 46,864 · 10-6кг·м2.
Проверка пригодности двигателя с рассчитанным редуктором.
А) Выполнение условия по скорости:
ip· wнм ≤ (1,1… 1,2) · ωня;
ip· wнм = 200 · 1,4 = 280 (с-1);
1,1 · ωня = 1,1 · 377 = 414,7 (с-1).
280 (с-1) ≤ 414,7 (с-1) – условие выполняется.
В) Выполнение условия по моменту:
MНОМ.ред ≤ (3..4) · Mn;
/>
/>
= 288,387 · 10-3+ 182,474 · 10-3+ 81,167 · 10-3= 0,552 (Н·м);
3 · Mn= 3 · 464,2 · 10-3= 1,393 (Н·м).
0,552 (Н·м) ≤ 1,393 (Н·м) – условие выполняется.
С) Выполнение условия по перегреву:
Mt.ред≤ Mn;
/>
/>
/>Mn= 464,2 · 10-3(Н·м).
276,3 (Н·м) ≤ 464,2 (Н·м) – условие выполняется.
Двигатель с редуктором подходят для использования.
Построение семейств механических и регулировочных характеристик двигателя.
Механическая характеристика строится по уравнению механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением:
/>
1 точка – скорость холостого хода, при M= 0:
/>
2 точка – рабочая точка, при М= Mn= 464,2 · 10-3(Н·м),
и ω= ωня= 377 (с-1).
3 точка – пуск двигателя, при ω= 0:
/>
продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
Регулировочная характеристика строится также, по уравнению механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением:
/>
1 точка – рабочая точка, при U= Uня= 110 (В),
и ω= ωня= 377 (с-1).
2 точка – трогание двигателя, при U= UТр, и ω= 0;
/>
/>
Расчёт усилителя мощности.
Максимальноенапряжение усилителя мощности Umax.уми добавочный резистор Rдоб, ограничивающий ток якоря при пуске:
/>Umax.ум= α×Iня×(Rдоб+ rя); – (уравнение якорной цепи для пускового режима).
Umax.ум==Iня×Rдоб+ Uня. – (уравнение якорной цепи для номинального режима).
α×Iня×(Rдоб+ rя)==Iня×Rдоб+ Uня;
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Umax.ум==Iня×Rдоб+ Uня.
/>/>
Umax.ум==2 ×Rдоб+ 110.
/>Rдоб= 13,5(Ом) – добавочный резистор;
Umax.ум==137,1(В) – максимальное напряжение усилителя мощности.
Как следует из уравнения механической характеристики, скорость двигателя, а, следовательно, и его мощность (P= M· ω), при постоянном моменте нагрузки, можно регулировать изменением напряжения на якоре двигателя. Напряжение на якоре изменяется либо с помощью реостата, либо с помощью усилительно – преобразовательного устройства, при этом поток возбуждения остаётся постоянным.
Из уравнений для ДПТ и воспользовавшись графиками характеристик можно рассчитать напряжение на выходе усилительно – преобразовательного устройства в зависимости от требуемой мощности; и мощность в зависимости от напряжения.
/>
ω2= (U2– UТр) · tgφ;
/>
/>
/>
/>
В итоге:
/>
/>
Используя паспортные данные, получается расчёт усилителя для данного двигателя: продолжение
--PAGE_BREAK--
U2= P2· 0,6 + 6,13;
P2= U2· 1,68 – 10,33.
Пример:P2= 200 Вт;
U2= 200 · 0,6 + 6,13 = 126 В;
ω2= P2/ Мn= 200 / 0,4642 = 431 с-1.
U3= 60 В;
P3= 60 · 1,68 – 10,33 = 90 Вт;
ω2= P2/ Мn= 90 / 0,4642 = 195 с-1.
Параметры нагрузки для AD
N
wнм,с-1
eнм, с-2
Мнс, Н·м
Jн,кг×м2
4
2,2
45
0,32
2,17·10-3