POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA
I ENERGETYKI

INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

Laboratorium automatyki

Urządzenia nastawcze
(A-5)
(27.05.2015)

SPRAWOZDANIE

Wykonali:
Marcin Lampert
Marcin Kempny
Marek Krysztofiak
Szymon Koziatek
Kamil Sadowski
Jan Golec
MiBM, sem.4

Cel ćwiczenia:

Poznanie podstawowych zagadnień dotyczących urządzeń nastawczych i zaworów regulacyjnych.

Wprowadzenie:

Urządzenia nastawcze służą do zamiany sygnału z regulatora obiektu na sygnał wielkości nastawczej obiektu. Sygnał regulatora może być sygnałem elektrycznym, pneumatycznym, magnetycznym
lub hydraulicznym i jest zmieniany na np. stopień otwarcia zaworu, kąt obrotu przepustnicy, zmianę prędkości obrotowej. W urządzeniu nastawczym można wyodrębnić dwa zasadnicze podzespoły: wykonawczy oraz nastawiający.

Schemat blokowy urządzenia nastawczego.

Zawory regulacyjne

Zmienność parametrów procesów energetycznych wymagają zmian strumieni płynów wzdłuż drogi przepływu. Zmiany te odbywają się poprzez zmianę prędkości obrotowej maszyn (pomp, wentylatorów) lub poprzez dławienie strumienia przepływu za pomocą zaworów, klap, kierownic.
Dławienie strumienia wymusza konieczność uzywania urządzeń nastawczych z zaworem regulacyjnym.

Gdy Re>4000 stosuje się poniższe równanie:

$$V = K_{V}\sqrt{\frac{\text{Δp}_{z}}{\rho_{w}}}$$

,gdzie: V- strumień przepływu, K_v- współczynnik przepływu, Δp_z- spadek ciśnienia w zaworze.

Definicja współczynnika K_v:

Współczynnik K_v jest to natężenie przepływu wody o temperaturze 4̊ C zachodzącej przy różnicy ciśnień równej 1kG/cm².

$$K_{v(100)} = V_{(100)}\sqrt{\frac{\rho_{w}}{\text{Δp}_{100}}}$$

, gdzie K_v(100)- wartość współczynnika przy całkowitym otwarciu zaworu, Δp_z(100)- wartość spadku ciśnienia na zaworze dla maksymalnego przepływu płynu.

Zawory są opisywane najczęściej trzema typowymi charakterystykami:

• Charakterystyki otwarcia

• Charakterystyki wewnętrzne

• Charakterystyki robocze

Charakterystyka otwarcia- zależność pomiędzy powierzchnia otwarcia zaworu a położeniem grzybka. Wyróżniamy dwa rodzaje charakterystyk otwarcia: liniowa i stało procentowa. Charakterystyka liniowa- powierzchnia otwarcia zaworu jest wprost proporcjonalna do położenia grzybka, natomiast charakterystyka stało procentowa(logarytmiczna)- przesuniecie grzybka o Δh powoduje stałą procentowa zmianę powierzchni otwarcia zaworu.

Charakterystyka wewnętrzna- zależność pomiędzy strumieniem płynącego płynu a stopniem otwarcia grzybka zaworu w zakresie 0-100% zachodząca przy stałym spadku ciśnienia.

Charakterystyka robocza- uwzględnia zmiany spadku ciśnienia na zaworze w zależności
od strumienia płynu oraz oporów instalacji, w której zawór został zamontowany.

Rozwiązania konstrukcyjne zaworów:

• Zawory dwupołożeniowe

• Zawory o obrotowym ruchu trzpienia

• Zawory ciśnieniowo nieodciążony

• Zawory ciśnieniowo odciążony

• Zawory kątowe

• Zawory trójdrogowe

Urządzenia pomocnicze:

• Siłowniki membranowo-sprężynowe

• Siłowniki tłokowe

• Ustawniki pozycyjne

Przebieg ćwiczenia:

Podczas doświadczenia badano charakterystykę zaworu regulacyjnego (grzybkowy), mierzono ciśnienie przed i za zaworem oraz strumienie objętościowe przepływu dla różnych poziomów otwarcia zaworu od 100 do 10%.

Wyniki pomiarów i obliczeń:

Wyniki pomiarów i obliczeń przedstawiono w Tabeli 2, a gęstości niezbędne do wykonania obliczeń w Tabeli 1.

Tabela 1

Tabela 2

Wszystkie wzory i zależności niezbędne do wykonania obliczeń przedstawiono w wprowadzeniu.

Wykres:

Uwagi i Wnioski:

- Odstępstwa punktów, dla których wyznaczono współczynnik K_v od teoretycznej krzywej na wykresie, wynikają z niedokładności aparatury pomiarowej, oraz mogą być związane z problemami w regulacji zaworu na początku ćwiczenia.

- Funkcja K_v(Δh) ma postać wykładniczą.

- Z wykresu wynika, że zawór na stanowisku badawczym jest zaworem szybkozamykającym. Co oznacza, że jeśli przykładowo zmniejszymy stopień otwarcia zaworu 2 razy, to strumień płynący przez ten zawór zmaleje 4 razy.