Дроссельные РО получили наиболее широкое распространение в автоматических системах регулирования.

Шиберы. В шиберах затвор, выполненный в виде полотна, перемещается перпендикулярно направлению потока. Шиберы широко применяют для регулирования расходов воздуха и газов при небольших статических давлениях (до ). Шиберы устанавливают на трубопроводах, коробах и каналах любой формы сечения, но чаще всего их применяют на трубопроводах и каналах прямоугольного и круглого сечений. Шиберы в прямоугольных каналах имеют обычно линейную конструктивную характеристику. Шиберы, устанавливаемые на трубопроводах круглого сечения имеют нелинейные конструктивные характеристики. Шиберы изготавливают из различных материалов в зависимости от условий работы. Для работы на инертных газах с температурой до 300 С шиберы изготавливают из листовой стали, с температурой выше 300 С из чугуна.

Поворотные заслонки. Поворотные заслонки могут применяться на трубопроводах как круглого, так и прямоугольного сечения для регулирования расходов воздуха и газов при небольших статических давлениях. Изменение проходного сечения заслонки осуществляется путем ее вращения вокруг оси, расположенной перпендикулярно направлению потока. Поворотные заслонки имеют ряд преимуществ перед шиберами и другими типами РО. Так, в поворотных заслонках затвор в значительной мере разгружен, так как силы, создаваемые давлением среды на обе его половины, частично уравновешиваются. Поэтому для поворота затвора нужен ИМ относительно небольшой мощности. Кроме того, поворотные заслонки выгодно отличаются от других РО простотой конструкции, небольшими габаритными размерами и массой.

Регулирующие клапаны. Регулирующие клапаны являются наиболее распространенным видом дроссельных РО. Их применяют для регулирования расходов жидкостей, пара и газов при любых параметрах среды. Регулирующие клапаны различают по виду и числу опорных поверхностей, по конструкции плунжеров и корпусов.

В двухседельных РО перемещение затвора относительно седел изменяет площадь прохода. Основным преимуществом двухседельного регулирующего клапана является в значительной мере разгруженность затвора от одностороннего действия силы, создаваемой статическим давлением среды. Недостатком двухседельного регулирующего клапана является относительно большое значение допустимой негерметичности затвора. По конструкции затворы двухседельных регулирующих клапанов разделяются на тарельчатые, пробковые и поршневые.

Односедельные РО могут быть проходными и угловыми. В проходных органах направление потока среды при входе и выходе не изменяется, а в угловых изменяется при выходе на 90 град. по отношению к направлению на входе. Односедельные РО применяются в тех случаях, когда невозможно применение двухседельных РО. Важным преимуществом односедельных РО является то, что они могут обеспечить герметичность прохода. Кроме того, односедельные клапаны применяют при малых размерах проходов (до 15 мм), когда изготовление двухседельных клапанов связано с большими трудностями.

Диафрагмовые и шланговые регулирующие органы. Во многих случаях к РО предъявляют ряд дополнительных требований, связанных с особыми свойствами регулируемой среды и условиями протекания технологического процесса. В химической и в ряде других отраслей промышленности нередко приходиться иметь дело с сильно агрессивными жидкостями и газами, с растворами, содержащими твердые взвеси и предрасположенными к отложению осадков.

Регулирование расходов агрессивных жидкостей может осуществляться только специальными РО, выполненными из химически стойких материалов. При наличии агрессивной среды не могут применяться регулирующие клапаны, выполненные из обычных материалов и имеющие обычные сальниковые уплотнения, так как они не обеспечивают полной герметизации и подвержены разрушающему воздействию среды. Для регулирования агрессивных сред разработаны конструкции бессальниковых регулирующих клапанов, в которых в качестве уплотнения и подвижного дросселирующего элемента используется гибкая мембрана (диафрагма), а внутренняя поверхность клапана футерована специальными материалами.

Для регулирования среды, содержащей твердые и абразивные частицы, применят шланговые РО. Изменение проходного сечения шлангового канала производится путем пережима вставленного в корпус эластичного шланга. Шланг изготавливают из качественной резины с тканевой армировкой, обеспечивающей высокую прочность. Затвор представляет собой устройство, где два вала, между которыми расположен шланг, сближаются или расходятся в плоскости, перпендикулярной оси прохода. Шланговые клапаны применяют в качестве запорных и РО.

Шиберные клапаны. В конструкциях шиберного клапана затвором является свободно подвешенный на штоке плоский шибер, в котором выполнено профилированное отверстие. В зависимости от положения шибера по высоте изменяется проходное сечение клапана. Необходимая плотность закрытия клапана обеспечивается благодаря перепаду давления на шибере, прижимающем его к плоскости опорного седла. Форма отверстий в шибере и седле определяет пропускную характеристику клапана.

6.5 Сочленения исполнительных механизмов с
регулирующими органами.

Качество работы системы автоматического регулирования или дистанционного управления в значительной мере зависит от способа сочленения исполнительного механизма (ИМ) с регулирующим органом (РО) и правильности его выполнения. Способы сочленения ИМ и РО определяются в каждом конкретном случае в зависимости от типа и конструкции РО и ИМ, их взаимного расположения, требуемого характера перемещения РО и других условий. Существует довольно много способов таких сочленений.

Наиболее простым, компактным и жестким способом сочленения является непосредственное соединение выходного вала (штока) ИМ с валом (штоком) РО. В этом случае перемещение выходных устройств ИМ и РО одинаковы, а скорости равны. Подобные способы сочленения широко применяются при использовании как пневматических мембранных, так и электрических ИМ. Пример дан на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Непосредственное сочленение исполнительного механизма с поворотной заслонкой.

Наибольшее распространение получили способы сочленения ИМ с РО посредством промежуточных звеньев, что требует предварительного конструктивного решения при проектировании или при монтаже, что чаще всего и происходит. Необходимость конструктивного решения способа сочленения усугубляется требованиями повышения качества автоматического регулирования и легко достигается при линейной характеристике РО – линейной зависимости расхода регулируемой среды от положения РО и значительно усложняется при нелинейной характеристике. Реальные РО (заслонки, шиберы, клапаны и т. д.) имеют, как правило, нелинейные характеристики и поэтому требуют сравнительно сложного сочленения ИМ с РО.

В качестве ИМ могут быть применены как гидравлические, так и электрические ИМ. Несмотря на конструктивные особенности и различные технические характеристики, требования к их сочленениям с РО и приемы по выполнению сочленений практически одинаковы.

Требования к сочленениям ИМ с РО в общем виде сводятся к следующему.

1. Простота устройства и надежность в работе, удобство монтажа, наладки и регулировки;

2. отсутствие люфтов и зазоров как в самом РО, так и во всех элементах сочленения;

3. линейная или близкая к линейной характеристика РО;

4. желательно располагать ИМ на одной отметке с РО;

5. угол поворота ИМ от положения «открыто» до положения «закрыто», как правило, следует принимать равным 90 град. Уменьшение этого угла ведет к увеличению скорости регулирования, что отрицательно сказывается на качестве регулирования.

Основными характеристиками РО, которые учитывают при выборе РО в зависимости от конкретных условий их применимости, являются диаметр условного прохода, конструктивная и расходная характеристики.

Расчет диаметра условного прохода регулирующего органа сводится к определению коэффициента пропускной способности, представляющего собой расход жидкости с плотностью 1 г/см² через полностью открытый РО при перепаде давления на нем 1 кгс/см².

Конструктивная характеристика выражает функциональную зависимость изменения относительного проходного сечения РО от степени его открытия и отражает только конструктивные особенности данного РО, не связывая их с особенностями потока, протекающего через него, а также с особенностями источника регулируемой среды и регулируемого объекта.

Расходная характеристика выражает зависимость изменения относительного расхода регулируемой среды через РО от степени его открытия. Она зависит не только от конструктивной характеристики РО, но также и от внешних условий (перепада на РО, сопротивления линии, характеристики регулируемого объекта и др.).

В зависимости от конструкции РО их сочленения можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся сочленения ИМ с таким РО, у которых шток соединен непосредственно с рычагом и которые не допускают передачи на шток никаких усилий, кроме перестановочных. Ко второй группе относятся сочленения ИМ с такими РО, на которые не влияют и не передаются на шток усилия, кроме перестановочных. Все сочленения могут выполняться по общим кинематическим схемам, но для сочленения второй группы требования могут быть менее жесткими, эти сочленения могут выполняться по другим кинематическим схемам.

В зависимости от кинематической схемы сочленения можно разделить на два типа: прямые (Рис. 6.5. а, б) и обратные (Рис. 6.6. а, б). В сочленениях прямого типа ведущий рычаг (кривошип) и ведомый рычаг (рычаг) регулирующего органа вращаются в одном направлении, в сочленениях обратного типа – в противоположных направлениях.

Рис. 6.5. Кинематические схемы сочленения исполнительного

механизма с регулирующим органом

а) прямое сочленение (регулирующий орган ниже исполнительного
механизма; б) прямое сочленение со спрямлением их характеристик
(регулирующий орган выше исполнительного механизма).

Выполнение сочленений начинают с определения длины рычага R, при этом следует иметь в виду, что угол поворота кривошипа от положения «открыто» до положения «закрыто» должен быть равен 90 град.

_.

где  – длина кривошипа ИМ, см;  – расстояние между осью вращения рычага РО и пальцем, крепящим шток и рычаг, см;  – рабочий ход РО, см;  – коэффициент, зависящий от расходной характеристики РО.

Все величины в данной формуле определяются по каталогам или данным заводских монтажно – эксплуатационных инструкций на ИМ и РО.

Для выполнения сочленения рычаг РО устанавливают в положение, при котором РО открыт наполовину (для этого шток РО поднимают на величину  от положения «закрыто»). При этом рычаг должен быть перпендикулярен штоку и, как правило, должен располагаться горизонтально. Далее производится установка ИМ.

Рис. 6.6. Кинематические схемы сочленения исполнительного

механизма с регулирующим органом

а) обратное сочленение со спрямлением их характеристик;

б) обратное сочленение со спрямлением их характеристик
(регулирующий орган ниже исполнительного механизма)

Для РО с линейной расходной характеристикой или близкой к ней ИМ устанавливают так, чтобы окружность радиуса r, описываемая кривошипом, касалась перпендикуляра к рычагу РО, восстановленного с линии рычага в положении «открыт наполовину» (Рис. 6.5., б). Кривошип ИМ устанавливают параллельно рычагу РО и в этом положении их соединяют тягой. Далее производится установка механических упоров и концевых выключателей в соответствии с положениями «открыто» и «закрыто» РО.

В зависимости от расположения оборудования может быть выполнено как прямое, так и обратное сочленение. Расстояние L по горизонтали между осями вращения рычага РО и кривошипа ИМ для прямого сочленения равно , для обратного . Расстояние  по вертикали между осями вращения следует принимать равным .

Для РО с нелинейной расходной характеристикой ИМ устанавливают так, чтобы  для прямого и  для обратного сочленения, а . Затем рычаг РО устанавливают в положение «закрыто», а кривошип в такое положение, чтобы угол β между ним и тягой составлял 160 – 170 град. (Рис. 7,а и 7,б). В этом положении рычаг РО и кривошип ИМ соединяют тягой, после чего устанавливают механические упоры и настраивают концевые выключатели.

Как упоминалось выше, к сочленениям второй группы требования к взаимному расположению РО и ИМ могут быть менее жесткими, и сочленения также можно выполнять по кинематическим схемам, одна из которых представлена на рис. 6.6., б. При этом следует иметь в виду следующие рекомендации.

Определяют длину рычага РО по вышеприведенной формуле. Для РО с линейной расходной характеристикой рычаг РО устанавливают в положение «открыт наполовину», причем угол между рычагом и штоком может отличаться от 90 град. Затем устанавливают ИМ так, чтобы окружность радиуса r, описываемая кривошипом, касалась перпендикуляра к рычагу РО, восстановленного с линии рычага в положение «открыт наполовину». Кривошип ИМ устанавливают параллельно рычагу РО и в этом положении их соединяют тягой. При выполнении этого сочленения значения L и S не регламентируются, длина тяги должна составлять .

Для РО с нелинейной расходной характеристикой рычаг РО устанавливают в положение «закрыто», а кривошип ИМ в такое положение, чтобы угол между ним и тягой составлял 160 – 170 град., в этом положении кривошип и рычаг соединяют тягой, исполнительный механизм должен при этом располагаться так, чтобы длина тяги составляла , а угол β между тягой и рычагом 40 – 140 град. Величины  и  не регламентируются. Далее в обоих разобранных выше случаях устанавливают механические упоры и концевые выключатели в соответствии с положениями РО «открыто» и «закрыто».