Автоматическая система регулирования вязкости топлива

1.Описание устройстваи взаимодействиеэлементов САР

Измерительвязкости ипневмопреобразователь

Вал2 мотора вращаетс постояннойскоростьюведущий диск1, на поверхностиведомого диска4 возникаеткрутящий момент,который передаётсяна преобразователь.

Плоскость,в которойповорачиваетсярычаг заслонки8 преобразователя,перпендикулярнаплоскостивыходноговалика 3(на рисункеплоскостисовмещены). Приувеличениивязкости зазормежду соплом7 и заслонкой8, имеющимипредвключённоесопротивление5 уменьшаетсяи сигнал навыходе усилителя6 увеличивается.В такой же степениувеличиваетсяи управляющийсигнал на выходе14, которыйтакже передаётсяв сильфоныобратной связи12. Осисильфоновсмещены друготносительнодруга такимобразом, чторазвиваемыйими момент нарычаге 8противоположенпо знаку моментуМ на валике 3измерителя.Конструкциейпредусмотренавозможностьсмещения левогосильфона, какпоказано стрелкойВ, что обеспечиваетизменениестепени обратнойсвязи (коэффициентусиления измерителя).С уменьшениемрасстояниямежду осямисильфоновкоэффициентусиления возрастает,и наоборот.Начальную точкудиапазонаизмерения –начальную точку– можно отрегулироватьза счёт натяженияпружины 10;пружина 11компенсационная.

Выходнойсигнал 14измерителяявляется линейнойфункцией вязкоститоплива.

Предусмотренатакже возможностьрегулированиязазора междудисками 1и 4; суменьшениемэтого зазоракоэффициентусиления измерителярастёт.

Рычаг заслонки8 имеетограничители9.

Для контроляправильностинастройкипредусмотренгруз 15,который следуетпри проверкахнадевать наштырёк рычага16. Воизбежанииперегревавключать сжатыйвоздух черезредукционныйклапан 13следует, когдаизмерительтолько начинаетпрогреваться(предельнаятемпература70С).

Измерительвязкости снабжёнтермовыключателем,поскольку нерекомендуетсяработать прислишком низкихили чересчурвысоких значенияхтемпературы.Термовыключательсрабатываетна запуск двигателяпри нижнемзначении заданнойтемпературыи на его остановкув случае угрозыперегрузки.

ПневматическийПИ-регулятор

На вход регулятораподаются давлениезадания 5и выходнойсигнал 6преобразователя,пропорциональныйтекущему значениювязкости топлива.На входе имеетсяреверсивнаяпластина 4,при поворотекоторой действиерегулятораизменяетсяс прямого наобратное.

Разностьвходных давленийизмеряетсядифференциальноймембранойкамеры 9,которая создаётсоответствующеепо знаку и значениюусилие на управляющемштоке 7.

Камера 8разделенамембраной наполости пропорциональнойи интегральнойсоставляющей.Мембрана камеры10 создаётна штоке 7компенсационноеусилие, по знакусоответствующееотрицательнойобратной связи(жесткой). Выходное(управляющее)давление определяетсяположениемшариковогоклапана 2усилителя 3и полого стержня1 с отверстиемв атмосферу.Пружина 11,натяжениекоторой регулируетмаховичок 12,служит дляустановленияначальнойрабочей точкихарактеристикирегулятора.

Когда появляетсярассогласованиемежду текущими заданнымзначениямивязкости топлива,под влияниемразности давленийсжатого воздухана мембранекамеры 9управляющийшток 7перемещаетсяи через стержень1 изменяетположениешариковогоклапана 2.Это вызываетизменениевыходногодавления иперемещениеклапана 16,управляющегоподачей парак подогревателютоплива. Положениештока 7определяетсясоотношениемусилий со стороныотрицательнойобратной связина мембранахкамер 10и 8 (слева)и со стороныположительнойобратной связина мембранекамеры 8(справа). Постояннаявремени интегрированиярегулятораустанавливаетсядросселем 13,а ширина зоныпропорциональности– дросселями14 и15.

Максимальнаяширина зоныпропорциональностипри закрытомдросселе 15равна 300 %, времяинтегрированияможет бытьизменено от0,06 до 20 минут.

Компенсационнаякамера 10и пружина регулировкинулевой точки11 служатдля компенсацииразличногорода искажений,которые могутвозникнутьв процессеизмененийзаданного иуправляющегодавлений насоответствующихмембранах.

2.Построениеи аппроксимированиепереходнойфункции

По экспериментальнымданным строитсяграфик переходнойфункции, представляющийсобой плавнуюкривую, проходящуючерез или рядомс экспериментальнымиточками. Плавнаякривая характеризуетсущество процессаи необходимадля последующихоперацийаппроксимирования.

Характернойособенностьюпереходногопроцесса являетсяотсутствиезаметногоизменениярегулируемойвеличины сразупосле нанесениявозмущения.Максимальноезначение скоростиизменениярегулируемойвеличиныустанавливаетсяне непосредственнопосле нанесениявозмущения,а с некоторымотставанием,называемымпереходнымзапаздыванием.Величина запаздыванияопределяетсяотрезком наоси времени,ограниченнымкасательнойк кривой переходногопроцесса вточке максимальнойскорости измененияпоказателяпроцесса иточкой, соответствующейнанесениювозмущения.

Многоёмкостныеобъекты можнозаменитьодноёмкостнымис запаздыванием.Таким образомдинамику любыхобъектоврегулированияможно характеризоватьтремя цифрами:

– времязапаздывания;

– инерционнаяпостоянная;

– статическийкоэффициентусиления.

При построенииполучаем:

сек; сек.

3.Расчёт коэффициентовусиления иоптимальныхкоэффициентовнастройки

Коэффициентусиления объектапо внешнемувоздействиюпредставляетсобой отношениестатическихизмененийрегулируемойвеличины и внешнеговоздействия:

.

Он равенугловому коэффициентукасательнойк кривой, выражающейзависимостьрегулируемойвеличины отнагрузки. Сдопустимойстепенью точностикоэффициентможет бытьопределёнаналитическикак угловойкоэффициентхорды в районезаданногоуровня нагрузки.

сR₁/(кг/ч).

Для расчётовудобнее иметьдело с безразмернымзначениемданного коэффициента,которое получаетсяв результатеделения размерныхвеличин числителяи знаменателяна их базовыезначения.

.

Определениекоэффициентаусиления порегулирующемувоздействиюпроизводитсяпо ординатеасимптотыпереходнойфункции. Посколькув задаче рассматриваетсяпереходнаяфункция необъекта, аразомкнутойсистемы, состоящаяиз трёх элементов:сервомотора,объекта и измерителя,то коэффициентусиления порегулирующемувоздействию,подсчитанныйкак отношениеординаты асимптотык возмущению,выражает коэффициентусиления длявсей разомкнутойсистемы:

.

Также каки для ,вычисляетсяв безразмернойформе, получаемойделением размерныхвеличин числителяи знаменателяна их базовыезначения.

сR₁/кПа;

.

Расчёт коэффициентовнастройкипроизводитсяпо формуле:

,

посколькусоответственнозаданию системаоборудованаПИ-регулятором.

КоэффициентыА, В, С, D дляинтегральногоквадратичногокритерия равны:

; ; ; .

Расчётныеданные округляютдо целых значений.

;

.

4.Определениекоординат точекна диаграммеВышнеградского

Передаточнаяфункция регулятора:

,

где– преобразовательЛапласа.

Чтобы воспользоватьсядиаграммойВышнеградскогодля анализакачестварегулированияпри вычисленныхпараметрахнастройки,звено с запаздыванием,соответствующеепередаточнойфункции разомкнутойсистемы, следуетпреобразоватьв линейноезвено. Такоепреобразованиеможет бытьвыполнено судовлетворительнойстепенью приближенияна основанииаппроксимацииПадда:

.

Тогда получим:

.

Передаточнаяфункция длязамкнутойсистемы:

.

Знаменательполученноговыражения,приравненныйк нулю, естьхарактеристическоевыражение этойсистемы. Послепреобразованийполучим:

.

Расчёткоординат точекСАР на диаграммеВышнеградского

На диаграммеВышнеградского:

I– областьколебательнойустойчивости;III– областьапериодическойустойчивости;

II– областьмонотоннойустойчивости;IV– областьнеустойчивости.

Библиографическийсписок

1. ПечененкоВ.И., КозьминыхГ.В. Автоматикарегулированияи управлениясудовых силовыхустановок. М.:Транспорт,1969.

2. СыромятниковВ.Ф. Основыавтоматикии комплекснаяавтоматизациясудовых пароэнергетическихустановок. М.:Транспорт,1983.

3. СыромятниковВ.Ф. Наладкаавтоматикисудовых энергетическихустановок. М.:Транспорт,1989.

4. Грицай Л.Л.Справочниксудового механика(в двух томах).М.: Транспорт,1973.

Введение

Средипричин широкогораспространенияавтоматическихрегулятороввязкости топливанаиболее важныусиливающаясяборьба с загрязнениемокружающейсреды и широкоеиспользованиев качестветоплива продуктовперегона нефтис высоким содержаниемсеры. В судовыхустановкахвязкость являетсякритическимпараметром,поскольку прямоопределяетэффективностьтопливосжигания.Отклонениевязкости отоптимальногозначения нетолько ухудшаетпроцесс сгораниятоплива, но иувеличиваетизносы ЦПГ итопливнойаппаратуры.

Вязкостьжидкости зависитот её температуры.Однако пределыизменениявязкости тяжёлыхсортов топливадаже при неизменнойтемпературевесьма широки.Существующиестандарты натопливо допускаютварьированиевязкости вбольшом диапазоне.Вязкость однойи той же маркитоплива можетзначительноотличатьсяв зависимостиот условийхранения,месторождениясырья и т.п. Нередков качестветоплива длядвигателейиспользуютсясмеси различныхмарок топлива,каждый компоненткоторых приодной и той жетемпературеимеет своювязкость, котораяс изменениемтемпературыменяется неодинаково.

Вряде случаевдля регулированиявязкости топливаустанавливаютсяобычные автоматическиерегуляторытемпературыподогрева.Однако поддержаниезаданной оптимальнойвязкости обычнымтерморегуляторомвесьма затруднительно,так как вязкостьи температуране имеют однозначнойзависимости.Особенно трудноподобратьтемпературныйрежим для смеситоплива. Очевидно,что наилучшимрешением задачиподдержанияоптимальнойвязкости топливаявляется установкаавтоматическогорегулятора,непосредственноконтролирующеговязкость.Сравнительныйанализ работыдвигателейс регуляторамитемпературытоплива и срегуляторамивязкости показывает,что расходытоплива прирегулированиивязкости уменьшаютсяна 3–5 %.

Такимобразом, дляподготовкитоплива передподачей в двигательнеобходимавтоматическийрегуляторвязкости. Приэтом во всехбез исключениясовременныхсистемахпредусматриваетсяастатическаяхарактеристикарегулированиявязкости топлива,чтобы её значениеперед форсункамидвигателяоставалосьпостояннымна всех нагрузках.

Исходныеданные

ОбъектомрегулированиярассматриваемойСАР являетсяпаровой подогревательтоплива. Динамическиесвойства САРхарактеризуютсяпереходнойфункцией разомкнутойсистемы, образующейсяиз контурарегулированияпосле отключениярегулятора.Ступенчатоевоздействиена эту систему– изменениепневматическогосигнала кПа на входесервомотора,а её выходнаявеличина измененияво времени показанийприбора, регистрирующеговязкость топливаи расположенногона выходе измерителя.Зафиксированныечерез равныепромежуткивремени сек значения,выражаютсяследующим рядомцифр: 65,6; 65,3; 64,7; 64,0; 63,0; 62,5;61,8; 61,2; 60,7; 60,3; 60,0; 59,9; 59,1; 58,9; 58,7; 58,6; 58,5;58,4; 58,3; 58,3; …, асимптотическистремящихсяк значению .Первая цифраэтого рядасоответствуетмоменту начала отсчётаи подаче насервомоторвходного ступенчатоговоздействия.Нагрузка потопливу: кг/ч. Номинальнаянагрузка потопливу: кг/ч.

Значения вязкостиза подогревателемтоплива наустановившихсярежимах

Содержание

Содержание2

Исходныеданные3

Введение4

1. Описаниеустройстваи взаимодействиеэлементовСАР5

2. Построениеи аппроксимированиепереходнойфункции9

3. Расчёткоэффициентовусиления иоптимальныхкоэффициентовнастройки11

4. Определениекоординатточек надиаграммеВышнеградского13

Библиографическийсписок14