Исполнительные устройства автоматических систем регулирования.

Исполнительное устройство предназначено для непосредственного воздействия на объект регулирования. В общем случае исполнительное устройство состоит из исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО). ИМ является приводной частью регулирующего органа. Применяются ИМы следующих видов:

- электрические (электромагнитные и электродвигательные);

- пневматические (мембранные, поршневые, лопастные);

- гидравлические.

Регулирующим органом называется звено исполнительного устройства, предназначенное для изменения расхода вещества или энергии в объект регулирования. Различают дозирующие и дроссельные РО. Дозирующие изменяют расход вещества за счёт изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы и др.) Дроссельный регулирующий орган изменяет расход вещества за счёт изменения своего проходного сечения. К ним относятся регулирующие клапаны, поворотные заслонки, шиберы и краны. Основные характеристики регулирующих органов:

- пропускная способность Кv, м³/час – расход жидкости плотностью 1000 кг/м³, пропускаемой РО при перепаде давления 10⁵ Па;

- условное давление Py – наибольшее допустимое давление среды на РО при нормальной температуре;

- перепад давления на РО определяет усилие, на которое рассчитывают ИМ;

- условный проход Dy – номинальный диаметр прохода в присоединительных патрубках;

- негерметичность затвора, то есть пропуск среды при полностью закрытом проходе; она должна быть минимальной;

- пропускная характеристика – зависимость пропускной способности от перемещения затвора S при постоянном перепаде давления Kv=f(S).

Дроссельные устройства серийно выпускаемых регулирующих клапанов профилируются обычно с линейной характеристикой, то есть приращение пропускной способности пропорционально перемещению затвора.

Общие требования к РО зависят от физико–химических свойств регулируемой среды. РО должен надёжно работать в среде с высокой или низкой температурой.

Из перечисленных выше видов дроссельных РО наиболее распространены регулирующие клапаны. Их применяют для регулирования расходов жидкостей, пара и газов при любых параметрах среды.

Чаще всего используются двухседельные регулирующие клапаны (схема на рис. 1) Корпус 1 имеет два седла 2 и 3, а затвор 4, проходящий через эти седла, имеет два утолщения с дросселирующими и запирающими поверхностями. Перемещение затвора штоком 5 изменяет площадь прохода, а значит и пропускную способность клапана.

Рис. Схема двухседельного регулирующего клапана.

Преимуществом двухседельного клапана является в значительной мере разгруженность затвора от одностороннего действия силы, создаваемой статическим давлением среды. Неполная уравновешенность усилий объясняется тем, что по условиям сборки диаметр верхнего седла больше диаметра нижнего.

Односедельные РО применяются при малых диаметрах прохода (до 15 мм), а а также для сред большой вязкости и содержащих твёрдые частицы.

Для регулирования агрессивных сред разработаны клапаны, в которых в качестве уплотнения и подвижного дросселирующего элемента используется гибкая мембрана (диафрагма), а внутренняя поверхность клапана покрыта специальными кислотостойкими материалами. Для регулирования сред с твёрдыми и абразивными частицами применяют шланговые РО. Изменение проходного сечения производится пережимом вставленного в корпус эластичного шланга.

Выбор и расчёт дроссельных РО является достаточно сложной задачей и требует учёта большого количества данных.

Электромагнитные исполнительные механизмы используются в АСР позиционного действия. Такие приводы, представляющие собой прямоходовой электромагнит с вытягивающимся якорем, называют также соленоидами.

Чаще всего используются приводы, рассчитанные на кратковременный режим работы. Они состоят из двух электромагнитов: главного – для открытия РО и электромагнита защелки, удерживающей РО в открытом положении. Электромагниты находятся под током только в момент переключения РО. Для закрытия РО подаётся питание на электромагнит защёлки, который, сработав, уберёт защёлку. РО под действием пружины закроется, конечные выключатели отключат электромагнит защёлки.

Однооборотные электродвигательные ИМы типа МЭО (угол поворота выходного вала менее 360⁰) применяются для перемещения РО в системах дистанционного и автоматического управления. Эти ИМы работают с контактными и бесконтактными пусковыми устройствами.

ИМы типа МЭО рассчитаны на бесконтактное управление с помощью тиристорных реверсивных пускателей типа ПБР. Допускается контактное управление с помощью магнитных пускателей. В МЭО применён однофазный асинхронный конденсаторный электродвигатель.

В исполнительных механизмах МЭОК и МЭОБ установлены трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они используются для перемещения РО большого диаметра Ду в случае значительного давления среды, когда требуются приложить большие усилия для управления РО.