Instytut Inżynierii Lotniczej Procesowej i Maszyn Energetycznych ZAiK Politechnika Wrocławska LABORATORIUM AUTOMATYKI Ćwiczenie nr: 3A Temat: CHARAKTERYSTYKI ZAWORÓW REGULACYJNYCH JAKO NASTAWNIKÓW 1. Katarzyna Grabowska Wydział: _W9___ Rok studiów: __2____________ Data ćwiczenia: 27.10.2015 Prowadzący: mgr inż. Andrzej Noga Data oddania spraw.: 19.02.2016 _____ Ocena: _______________ Poprawa: ______________________________________________

1. Wstęp teoretyczny

W układzie automatycznej regulacji regulator steruje strumieniem masy, bądź energii przy pomocy nastawnika. W ćwiczeniu nastawnikiem jest zawór regulacyjny, który reguluje strumień objętości powietrza pompowanego do zaworu.

Od charakterystyki nastawnika zależy poprawne działanie układu. Dobiera się je zależnie od przeznaczenia nastawnika.

Nastawniki można podzielić na: oporowe i źródłowe. Zawór należy do nastawników oporowych.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki roboczej i przepływowej dla badanego zaworu.

1. Wartości przyjęte do obliczeń

Wartości do obliczeń
ρ, kg/m3
α
m
beta
pb, hPa
d, m
D, m
kappa
A, m3
pb, Pa

1. Tabela pomiarowa i wynikowa

Lp.	h	Δpz1,	Δpz1	p2	p2	Δp	Δp	T	T	ε	M	V	ρn	Vn	kV
	obr		Pa	mA	Pa	mA	Pa	ᵒC	K		kg/s	m3/h	kg/m3	m3	m3/h
1.	0	41,4	4061,34	4	101300,00	5,00	448,00	24	297	0,9985	83,94	69,95	1,1882	70,64	12,60
2.	0,25	34,7	3404,07	4	101300,00	6,50	582,40	24	297	0,9980	95,66	79,71	1,1882	80,51	15,69
3.	0,5	27,3	2678,13	4,5	101302,44	8,00	716,80	24	297	0,9975	106,07	88,39	1,1882	89,27	19,61
4.	0,75	20,3	1991,43	5	101302,72	9,00	806,40	24	297	0,9972	112,47	93,72	1,1882	94,65	24,11
5.	1	15,6	1530,36	5	101302,72	10,00	896,00	24,5	297,5	0,9969	118,51	98,76	1,1863	99,91	29,03
6.	1,25	12,2	1196,82	5	101302,72	10,50	940,80	25	298	0,9967	121,42	101,18	1,1843	102,53	33,69
7.	1,5	9,8	961,38	5	101302,72	11,00	985,60	25	298	0,9965	124,26	103,55	1,1843	104,92	38,47
8.	1,75	8,7	853,47	5	101302,72	11,00	985,60	25	298	0,9965	124,26	103,55	1,1843	104,92	40,83
9.	2	8	784,80	5	101302,72	11,00	985,60	25	298	0,9965	124,26	103,55	1,1843	104,92	42,58
10.	2,25	8	784,80	5,25	101302,85	11,50	1030,40	25	298	0,9964	127,03	105,86	1,1843	107,26	43,53
11.	2,5	6,2	608,22	5,25	101302,85	11,50	1030,40	25	298	0,9964	127,03	105,86	1,1843	107,26	49,44
12.	2,75	5,3	519,93	5,25	101302,85	12,00	1075,20	25	298	0,9962	129,74	108,12	1,1843	109,55	54,62
13.	3	4,5	441,45	5,25	101302,85	12,00	1075,20	25	298	0,9962	129,74	108,12	1,1843	109,55	59,27
14.	3,25	3,7	362,97	5,5	101302,99	12,00	1075,20	25	298	0,9962	129,74	108,12	1,1843	109,55	65,37
15.	3,5	3,1	304,11	5,5	101302,99	12,00	1075,20	25	298	0,9962	129,74	108,12	1,1843	109,55	71,41
16.	3,75	2,6	255,06	5,5	101302,99	12,00	1075,20	25,5	298,5	0,9962	129,74	108,11	1,1823	109,74	78,11
17.	4	2,4	235,44	5,5	101302,99	12,00	1075,20	26	299	0,9962	129,74	108,11	1,1803	109,92	81,43
18.	4,25	2,3	225,63	5,5	101302,99	12,00	1075,20	26	299	0,9962	129,74	108,11	1,1803	109,92	83,19
19.	4,5	2,2	215,82	5,5	101302,99	12,00	1075,20	26	299	0,9962	129,74	108,11	1,1803	109,92	85,06
20.	4,75	2	196,20	5,5	101302,99	12,25	1097,60	26	299	0,9961	131,07	109,23	1,1803	111,05	90,12
21.	5	1,8	176,58	5,5	101302,99	12,25	1097,60	26	299	0,9961	131,07	109,23	1,1803	111,05	95,00

1. Przykładowe obliczenia

Wartość liczby przepływu:

$$m = \frac{A_{1}}{A_{2}} = \left( \frac{d}{D} \right)^{2} = \left( \frac{0,036}{0,05} \right)^{2} = 0,5184$$

D-średnica rurociągu, D=50mm

d-średnica otworu

Przewężenie- β

$$\beta = \frac{d}{D} = \frac{36}{50} = 0,72$$

Współczynnik rozprężenia

$$\varepsilon = 1 - \left( 0,41 + 0,35\beta^{4} \right)\frac{p}{\kappa p_{1}}$$

κ − wykladnik izentropy ,  dla powietrza wynosi 1, 4

p − mierniczy spadek cisnienia na kryzie obiczany na podstawie pomiaru h

p₁ − absolutne cisnienie statyczne w punkcie odbioru prze kryza

Dla Δp=52,08Pa i p₁=406Pa

$\varepsilon = 1 - (0,41 + {0,35 \bullet 0,72}^{4}) \bullet \frac{52,08}{1,4 \bullet (406 + 101300)}$=0,0998

Masowe natężenie przepływu wyznaczamy z zależności:

$M = \alpha\varepsilon A\sqrt{2p\rho}$, kg/s

α − liczba przeplywu

A − pole powierzchni otworu w kryzie,  m²

ρ − gestosc powiertrza,  ρ = 1, 2 kg/m³

p − spadek cisnienia na kryzie,  Pa

Dla Δp=52,08Pa i ε= 0,0998 m=0,52 (gdy α wynosi 0,7)

$M = 0,7 \bullet 0,0998 \bullet 0,001 \bullet \sqrt{2 \bullet 52,08 \bullet 1,2} = 0,008$ kg/s

Strumień objętości:

$V = \frac{M}{\rho} = \frac{\text{αεA}\sqrt{2p\rho}}{\rho}$ m³/s

Współczynnik wymiarowy zaworu, dla p₂≥p₁

$k_{v} = 192,6V_{n}\sqrt{\frac{\rho_{n}T_{1}}{p_{v}p_{2}}}$

1. Wykres charakterystyki zaworu

1. Wnioski

Z uzyskanych charakterystyk można wywnioskować, że zawór jest liniowy, o niskim współczynniku autorytetu (występuje duży przepływ powietrza na zamkniętym zaworze). Odchylenia widniejące na wykresie mogą być spowodowane małą dokładnością przyrządów pomiarów bądź błędem ludzkim.