Автоматическое регулирование давления

Давление является показателем соотношения расходов газовой или жидкой фазы на входе в аппарат и выходе из него. Постоянство давления свидетельствует о соблюдении материаль­ного баланса газовой (жидкой) фазы.

В инженерных системах зданий и сооружений давление регу­лируется в широких пределах: от 1—5 мм вод. ст., или 10—50 Па (в камерах смесительных клапанов двухканальных систем конди­ционирования воздуха), до 30-100 мм. вод. ст., или 300—1000 Па и более (в воздуховодах и камерах статического давления систем вентиляции), и до 60 кгс/см² (6 МПа), т. е. до величины, в 10 000 раз большей (в устройствах водо-, холодо- и теплоснабжения, а также в установках снабжения сжатым воздухом). Такие большие диапа­зоны регулируемых давлений обусловливают разнообразие типов применяемых регуляторов.,

Наиболее простыми регуляторами давления прямого действия являются грузовые регуляторы давления «до себя» 25ч10нж и «после себя» 25ч12нж. Регулятор давления «до себя» стабилизирует давление в трубопроводе до регулирующего клапана (по направле­нию потока), а регулятор «после себя» — после клапана. Регулятор давления «после себя» (рис. 5.6) состоит из регулирующего клапана с двухседельным разгруженным тарельчатым плунжером, закры­вающим проход при перемещении вниз головки с резиновой мембраной, являющейся чувствительным элементом регулятора, и колонки с грузовым устройством. Мембрана, закрытая сверху крышкой, представляет собой камеру давления. Регулируемая среда через импульсную трубку оказывает на мембрану давление, вследствие чего создается усилие F_b которое через шток переда­ется плунжеру. На шток в противоположном силе F₁ направлении действует усилие F₂, создаваемое грузом, насаженным на рычаж­ное устройство. Если давление в трубопроводе за клапаном воз­растет, то усилие, передаваемое мембраной на шток, увеличится, шток начнет опускаться, а клапан будет приоткрываться. В ре­зультате расход регулирующей среды уменьшится, давление за клапаном снизится и система придет в равновесное состояние в тот момент, когда силы, действующие на шток от мембраны и от груза, будут равны. Плунжер клапана займет новое положение, но сила, создаваемая грузом, останется практически прежней. Этот регулятор является астатическим, так как возвращает регулиру­емый параметр к заданному значению, а его регулирующий орган может при этом занимать любое положение.

 

Настраивают такой регулятор на заданное значение давления подбором сменных грузов и перемещением постоянного груза вдоль длинного плеча рычага. Заданное значение давления конт­ролируют манометром, который присоединяют к импульсной трубке. Эти регуляторы имеют сравнительно большую зону не­чувствительности (от 6 до 12% верхнего предела настройки) и по­этому могут привести процесс регулирования к колебательному расходящемуся. Чтобы сгладить пульсирующие изменения дав­ления, в импульсную трубку врезают игольчатый вентиль.

Регулятор давления «до себя» отличается от рассмотренного только расположением плунжера клапана относительно седла, что при увеличении давления в импульсной трубке увеличивает про­ход регулируемой среды. Регуляторы давления 25ч10нж и 25ч12нж выпускают с условным проходом от 50 до 250 мм и диапазоном настроек от 0, 15 до 13 кгс/см² (от 0, 015 до 1, 3 МПа) с ограничен­ным пределом настройки для каждой модификации.

Большое распространение, особенно в системах теплоснаб­жения, получили регулирующие клапаны прямого (непосредствен­ного) действия типа УРРД (рис. 5.7). Этот регулятор состоит из односедельного, разгруженного сильфонным узлом запорно-регулирующего органа, который соединен с мембранно-пружинным исполнительным механизмом, состоящим из эластичной мембраны и противодействующей пружины 10. На нижней крышке корпуса установлен узел настройки, включающий в себя стакан, настроечную пружину 2 и винт.

Импульс регулируемого параметра проводится по импульсным трубкам непосредственно в камеру 5 или 9 мебранно-пружинного

 

 

исполнительного механизма. Возникающее при этом импульсе уси­лие (или разность усилий при регулировании расхода, см. рис. 5.8, в) на мембрану уравновешивается натяжением настроечной пружи­ны 2. Отклонение регулируемого параметра в ту или другую сто­рону от заданного значения нарушает равновесие действующих сил, что вызывает перемещение регулирующего органа и измене­ние расхода. В результате этого заданное значение регулируемого параметра будет восстанавливаться. При колебании величины ре­гулируемого давления изменятся усилие на мембрану и, следова­тельно, уравновешивающее это усилие натяжение настроечной пружины. Другими словами, у этого регулятора величина давления зависит от положения регулирующего органа, т. е. от расхода. Такая зависимость является характерным признаком статического регу­лятора, в котором скорость перемещения регулирующего органа пропорциональна скорости изменения параметра, но не зависит от величины его отклонения. Этот регулятор не способен вернуть давление точно к заданному значению. Величина регулируемого давления будет зависеть от положения клапана, т. е. от степени сжатия пружины. Статические регуляторы, как правило, лучше и надежнее в установках теплоснабжения, чем астатические 25ч10нж и 25ч12нж.

Регуляторы УРРД выпускаются с условным проходом 25, 50 и 80 мм и диапазоном возможных настроек от 0, 4 до 6 кгс/см² (от 0, 04 до 0, 6 МПа). При необходимости регулировать давление от 6 до 16 кгс/см² (от 0, 6 до 1, 6 МПа) применяют гидравлический регулятор РД-ЗА в комплекте с УРРД. Регулятор РД-ЗА является универсальным, т. е. в зависимости от вида сборки может под­держивать заданное давление, перепад давления, уровень воды и расход регулируемой среды. Этот регулятор имеет усилитель- преобразователь типа сопла-заслонки, основанный на принципе дросселирования заслонкой потока рабочей жидкости, вытека­ющей из сопла. Рабочая жидкость является источником вспомо­гательной энергии. Заслонка находится под воздействием чувст­вительного элемента, воспринимающего регулируемую величину.

Рассмотрим принцип действия РД-ЗА в комплекте с УРРД в схеме регулирования давления «до себя» (рис. 5.8). Вода из во­допровода давлением р _в (рабочая жидкость — вспомогательная энергия) сначала пропускается через дроссель постоянного сече­ния, а затем попадает в камеру, соединенную с дросселем пере­менного сечения и с импульсной линией 3, соединяющей РД-ЗА с мембранно-пружинным исполнительным механизмом регуля­тора УРРД. Рабочая жидкость через дроссель переменного сече­ния (сопло-заслонку) сливается в дренаж а. Заслонка связана с чувствительным элементом (сильфоном) регулятора. Увеличение

 

давления р₁ в импульсной линии 4 регулятора РД-ЗА приводит к увеличению давления в камере над сильфоном и приближает заслонку к соплу. Давление р_х в камере увеличивается, и регуля­тор УРРД повышает расход регулируемой среды через клапан, что приводит к уменьшению давления в трубопроводе перед УРРД.

Регулятор РД-ЗА устанавливается на заданное значение натяже­нием настроечной пружины с помощью винта. РД-ЗА выполняет роль П- регулятора. В некоторых случаях при оснащении регуля­тора приставкой можно превратить его в изодромный ПИ-регулятор. Регулятор РД-ЗА может иметь одно-, двух- и трехсильфонную сборку, а узел его управляющего клапана может собираться по одно- и двухсопловой системе. Эта особенность позволяет широко использовать его при регулировании различных пара­метров в системах теплоснабжения зданий и сооружений.

Для регулирования давления используются и общепромыш­ленные регуляторы электрической и пневматической ветви ГСП, а также реле и регуляторы давления с двух- и трехпозиционными устройствами. В качестве чувствительных элементов этих регуля­торов применяют одновитковые трубчатые пружины (ЭКМ-IV), многовитковые (геликоидальные) пружины (МГ), сильфоны (РД) и мембраны. Таким образом, измерительные элементы и регули­рующие устройства почти ничем не отличаются от описанных выше терморегуляторов с манометрической термосистемой.

В последние годы в системах отопления, теплоснабжения и котельных установках стали широко использоваться регуля­торы давления JVD-JVF фирмы Danfoss. Такой автоматический пропорциональный регулятор прямого действия состоит из регу­лирующей части JVD и односедельного разгруженного клапана JVF (рис. 5.9). В зависимости от способа установки шпинделя регулирующей части прибор может работать как в качестве регу­лятора перепада давления или ограничителя расхода воды (при росте перепада давления клапан закрывается), так и качестве регу­лятора постоянства расхода (при росте перепада давления клапан открывается). Регулятор можно устанавливать на подающем или обратном трубопроводе, при этом направление движения потока должно соответствовать направлению, показанному стрелкой на корпусе прибора.