Princip činnosti regulátorů tlaku – základy, konstrukce, princip činnosti a jeho vliv na různé systémy

Regulátory tlaku se dělí podle provedení škrtící jednotky na jedno- a dvoumístné; nastavitelným výstupním tlakem – k regulaci převodu z vysokého tlaku (0,6 MPa a více) na vysoký (0,3+0,6 MPa), z vysokého na střední (nad 0,005 MPa), z vysokého na nízký (do 0,005 MPa), ze středního ( do 0,3 MPa) na střední (nad 0,005 MPa), od střední na nízkou (do 0,005 MPa); podle principu akce – na regulátory přímé a nepřímé akce. Přímo působící regulátory využívají k pohybu plunžru energii pracovního média, tzn. energie přiškrceného proudu plynu. Tyto regulátory se zase dělí do dvou skupin: 1) bez příkazového uzlu a 2) s příkazovým uzlem (pilot). U regulátorů první skupiny jsou změny výstupního tlaku vnímány přímo membránovým pohonem regulátoru. Relativně jednoduchá konstrukce a velká spolehlivost těchto regulátorů vedla k jejich širokému použití (regulátory RD-32M, RD-50M, RD-50/80/100). Regulátory druhé skupiny jsou konstrukčně složitější, protože mají přídavný regulační regulátor (pilot), který využívá energii pracovního média – škrtený proud plynu. Vstupní tlakový plyn je přiváděn do pilotu, který v něm klesá a jde do membránového pohonu akčního členu a dává signál k otevření škrticí jednotky (RDUK2).

Nepřímo působící regulátory jsou takové, u kterých se plunžr pohybuje vlivem energie dodávané zvenčí (stlačený vzduch, tlaková voda, elektřina). Membránový pohon. V regulátorech tlaku se jako reakční jednotka používá snadno vyrobitelný membránový pohon (obr. 7.26, a), který převádí přijatou informaci na nastavovací sílu a přeskupuje příslušný píst, což má za následek změnu průtokové plochy škrtící jednotka, která je nezbytná v procesu regulace, v souladu s přijatými příkazovými informacemi. Řadicí silou (momentem) se rozumí síla přenášená membránovým pohonem přímo nebo přes akční člen na škrticí jednotku. Síla vnímaná membránovým pohonem pod vlivem tlaku plynu závisí na velikosti tohoto tlaku a velikosti aktivní plochy membrány. Tato plocha není konstantní, mění se s průhybem membrány z nejnižší do nejvyšší polohy. Obr. 7.26. Membránová jednotka s jedním (a) a dvěma disky (b) 1 – pevný disk; 2 — zvlnění 363 Rozměry pevného disku by neměly překročit meze, při kterých se nadměrně zmenšuje pružný okraj (zvlnění) membrány, protože to může narušovat potřebnou pohyblivost membránového disku. Průměr disku d by neměl být větší než 80 % průměru membránového těsnění D. Ve všech případech je pevný disk instalován na straně vystavené nižšímu nebo atmosférickému tlaku. Pokud je membránové zařízení vystaveno střídavému tlaku na obou stranách, jsou instalovány dva disky (obr. 7.26, b). Jednotka škrticí klapky. Jedním z hlavních prvků regulátoru je škrticí prvek (obr. 7.27), při průchodu kterým klesá tlak a který reguluje množství plynu jím proudícího v požadovaném směru. Podle principu „regulačního vlivu na systém“ jej lze rozdělit na dvě hlavní jednotky: škrcení a dávkování. Škrticí jednotka – plunžr nebo ventil – je proměnný hydraulický odpor. Množství plynu, které jím prochází, závisí na míře otevření průtokové části sedla. Dávkovací jednotka provádí stanovené dávkování přívodu plynu. V současné době je škrticí jednotka využívána v širším měřítku, a to i přesto, že použití dávkovací jednotky je ekonomicky výhodnější. Rozlišují se následující typy škrticích jednotek:

• • klapkové ventily, u kterých je změna kapacity určena stupněm otevření průtokové části potrubí, když je klapka natočena do určitého úhlu (obr. 7.27, c);
• • dvousedadlo, u kterého se změny průchodnosti dosáhne translačním pohybem pístů podél osy průchodů dvou sedel (obr. 7.27, b);
• • jednosedlový, u kterého je změny průchodnosti dosaženo translačním pohybem plunžru podél osy průchodu jednoho škrtícího otvoru (sedla) (obr. 7.27, a).

Nejběžnější jsou jednosedlové a dvousedlové uzly. Průchodnost těchto jednotek závisí na jejich tvaru a průřezové ploše sedla pro odtok proudu plynu. Pokud vezmeme v úvahu jejich stejné provozní podmínky (tlaková ztráta a hustota plynu), pak dvousedlové jednotky mají výrazně větší celkovou průtočnou plochu otvorů (sedadel), kterými je proud plynu škrcen.

Dvousedlové škrticí jednotky se používají v regulátorech tlaku od jmenovitého průměru 25 mm a více. Jejich axiální síly jsou nevýznamné ve srovnání s jednosedlovými, protože tlak působící na jeden z plunžrů je vyrovnán stejným tlakem působícím na druhý plunžr. Jsou téměř zcela nezatížené, díky čemuž je do značné míry eliminován vliv změn počátečního tlaku na tlak za regulátorem. Neposkytují však těsné uzavření průchodu pro proudění plynu. To je vysvětleno obtížným namontováním obou plunžrů současně na obě sedadla a během provozu regulátoru nerovnoměrností jejich opotřebení.

Plunžry dvousedadlových škrticích jednotek jsou vyrobeny s tuhým a elastickým těsněním. Plunžry s tuhým těsněním vyžadují velmi pečlivé lapování a lícování se sedlem, ale jsou v provozu odolnější než plunžry s elastickým těsněním, které zaručují těsnější uzavření. Plunžry s tuhým těsněním se používají v regulátorech tlaku instalovaných na rozvodných stanicích plynu, kde je tlak plynu před regulátorem velmi vysoký.

Obr. 7.27. Schéma činnosti škrticích jednotek a – jednomístné; b – dvojité sedlo; c – otočný ventil

Pro zlepšení utěsnění škrticí jednotky se široce používají ploché kotoučové plunžry s elastickým těsněním. U tohoto plunžru je těsnění z elastického materiálu (guma, kůže, plast) upevněno na desce různými způsoby. Působení plunžru při zavírání sedla je založeno na deformaci pružného těsnění působením těsnící síly N. Při malých silách dochází téměř k úplnému kontaktu s povrchem sedla, díky čemuž je dosaženo vysokého stupně těsnosti. škrticí sestavy je dosaženo i s nízkou přesností při výrobě dílů. Tuhost tělesa plunžru působí při přitlačení k sedlu na pružné těsnění blokovací silou a zabraňuje jeho vymáčknutí do stran, čímž zlepšuje kvalitu těsnění a zvyšuje životnost sestavy.

Pohonná jednotka převádí energii na sílu řazení a řídí škrticí jednotku v souladu s povelovou informací. Nastavovací síla v regulátorech tlaku vzniká působením pružiny nebo tlaku plynu na pohon membrány.

Pohonná jednotka musí splňovat provozní požadavky řídicího systému, tzn. bez zkreslení nebo zpoždění přenese signál přijatý z membránového pohonu do škrticí jednotky a zajistí požadovanou regulační rychlost.

Provádí se ve formě pák, mechanismů ventil-cívka a také systému „škrticí klapka-tryska“. Když membránový pohon působí na škrtící jednotku přes jednotku pákového aktuátoru, pohybuje se plunžr úměrně změně polohy membránového pohonu. Pákový systém nenarušuje a neměl by narušovat linearitu cyklu při působení na škrticí jednotku. Ve spojení se škrtící jednotkou musí splňovat následující požadavky: neměla by v ní být žádná vůle; všechny spojovací prvky přenášející nastavovací sílu musí být dostatečně tuhé, aby jejich deformace nevnášela chyby do charakteristiky zdvihu; spoje musí být vhodné pro montáž, demontáž a opravu.

Sestava pohonu ventilu a šoupátka je znázorněna na Obr. 7.28. S horní cívkou P| = Rts a s uzavřenou spodní cívkou P_о = 0. Ale během činnosti regulátoru je cívka ve třetí poloze, kdy jsou horní a dolní cívka otevřená. V tomto případě jedna část proudu plynu vstupuje do membránového pohonu a druhá je vypouštěna. Celý regulační systém je přitom v rovnováze. Když dojde k poruše, jedna z cívek se uzavře, dokud se v systému neobnoví rovnováha. Tato výkonná jednotka se používá v regulátorech typu RDS.

Obr. 7.28. Schéma pohonu šoupátkového ventilu

• 1 – cívka; 2 – pružina;
• 3, 5 – impulsní potrubí (3 – vstupní tlak);
• 4 – regulátor tlaku;
• 6 – horní šoupátkový ventil

Impulzní potrubí je určeno k napájení povelových, výkonných a korekčních signálů, pomocí kterých probíhá vzájemná komunikace mezi všemi komponenty regulátoru tlaku a 366

regulační systém. Použité zapojení zajišťuje stabilní provoz regulátorů. Sleduje aktuální stav regulačního systému a provádí příslušné úpravy chodu regulátoru.

Impulzní potrubí musí mít určitý průměr a délku a musí být utěsněno, protože přenáší signál o určitém tlaku při určité rychlosti, což má významný vliv na kvalitu regulačního procesu.

Impulzní potrubí regulátoru tlaku, ROM a PSU je nutné zapojit v určitém bodě, ve kterém má průtok plynu ustálený tlak a rychlost.

Pokud se podél cesty pohybu plynu v potrubí mění úseky, jejichž průřez je výrazně snížen ve srovnání s průřezem potrubí, pak se na výstupu z tohoto úseku tlak plynu snižuje. Někdy je účelnější změnit parametry povelového signálu, aby se systém automatického řízení dostal do rovnováhy a odstranily se poruchy.

K tomu je průtok plynu v impulzních potrubích přiškrcen změnou rychlosti a tlaku povelového signálu přiváděného do regulátoru (jsou instalovány škrticí klapky nebo stávající uzavírací zařízení nejsou zcela uzavřena). Zkreslený povelový signál má pozitivní vliv a stabilizuje činnost automatického řídicího systému. Uvnitř potrubí o průřezu F je instalována membrána (škrticí klapka), která má otvor malého průřezu. Plyn proudí potrubím ze sekce I – I do sekce II – II otvorem v membráně (obr. 7.29). V otvoru membrány se rychlost plynu zvyšuje z V] na Vq a tlak klesá. Po díře je rychlost plynu V₂ a tlak P₂ bude částečně obnoven a bude menší u dálkového ovládání a DR] než byl před membránou.

Tato skutečnost se vysvětluje tím, že při průchodu plynu zúženým otvorem dochází ke ztrátám energie. Při konstrukci všech regulátorů tlaku, stejně jako při jejich provozu, jsou pružiny velmi důležité. Regulátory mají tlačné pružiny. Je výhodné použít pružiny s indexem C od 3 do 10; použijte pružiny s indexem C > 10 ztrácejí stabilitu v důsledku vybočení.

Index C lze vypočítat pomocí vzorce

kde D_cp — střední průměr pružiny (vypočtený), mm; d_np — průměr válcovaného pružinového materiálu, mm.

Materiál, ze kterého jsou pružiny vyrobeny, musí mít po příslušném tepelném zpracování elastické vlastnosti, které jsou stabilní v čase: značná pevnost, statistická i únavová; vysoká odolnost proti nárazovému zatížení; schopnost odolávat dostatečně velkým plastickým deformacím.

Obr. 7.29. Škrcení průtoku plynu v impulsním potrubí pomocí v něm instalované škrticí klapky

1 – impulsní potrubí; 2 – plyn

Regulátor tlaku určuje maximální hodnotu tlaku v hydraulickém systému.

Požadavky na regulátor tlaku:

– stabilita. Vše hydraulické systémy s nastavitelným tlakem jsou náchylné k oscilacím do té či oné míry, takže regulátor by měl být dobrým kompromisem mezi rychlostí a stabilitou.

Konstrukce regulátoru tlaku

Regulátor tlaku se skládá z regulačního ventilu (1), pouzdra (2), pružiny (3) a seřizovacího mechanismu (4).

Ve výchozí poloze pružina nastaví cívku do její krajní (na obr. 37 vlevo) polohy. Pracovní kapalina je přiváděna kanálky v pouzdře k cívce, která má jeden podélný otvor a dva příčné. Speciální tlumič omezuje průtok kapaliny přes regulační ventil. Ve znázorněné poloze proudí pracovní tekutina přes axiální a příčné otvory do komory velkého instalačního pístu.
Odtokové potrubí je blokováno pásem rozvodné cívky.
Pracovní tlak hydraulické systémy působí silou na levou koncovou plochu rozváděcí cívky F_p. Pokud je tato síla menší než protisíla pružiny F_Ftlaky v komorách instalačních pístů jsou stejné a čerpadlo zůstává v poloze maximální excentricity.

Obrázek 37 – Regulátor tlaku je ve stavu, kdy čerpadlo poskytuje maximální průtok. Pracovní tlak je nižší než tlak
nastavení regulátoru tlaku

S rostoucím tlakem dovnitř hydraulický systém síla se zvyšuje F_p a řídicí ventil se pohybuje doprava a stlačuje pružinu. Regulátor částečně propojuje komoru velkého instalačního pístu s nádrží, v důsledku čehož dochází ke snížení tlaku v této komoře.

Nastavitelná deskačerpadla, fungující podle popsaného principu, lze dodatečně vybavit řadou dalších typů regulátorů, např.

Obrázek 38 – Regulátor tlaku ve stavu, kdy je průtok čerpadla nulový. Provozní tlak odpovídá nastavenému tlaku regulátoru tlaku

Regulátor průtoku

Při regulaci průtokučerpadlo nastavitelné na přednastavenou hodnotu. K tomu je v proudu pracovní tekutiny dodávané čerpadlem instalována měřicí membrána, jejíž tlaková ztráta je brána jako regulační parametr.

Tlak na vstupu do membrány je přiváděn do levé koncové dutiny řídicí šoupátka a zároveň do pracovní komory malého instalačního pístu.

Tlak na výstupu z membrány, který je menší než vstupní tlak, je přiváděn potrubím do dutiny pravého konce řídicí šoupátka (do dutiny pružiny regulátoru). Rovnováha sil je vytvořena na řídicí šoupátce a také na nastavovacích pístech.

V poloze na obr. 39 odpovídá tlakový rozdíl (tlaková ztráta) na měřicí membráně síle pružiny regulátoru.
Řídicí proud je neustále odváděn přes škrticí hranu (X) regulátoru, takže v komoře velkého pístu vzniká určitý tlak. Stator je držen ve stabilní poloze.

Pokud se například zvětší průtoková plocha membrány, pokles tlaku se sníží. V důsledku toho pružina pohybuje řídicí šoupátkem ve směru uzavírání škrticí hrany (X) a tlak v komoře velkého pístu se zvyšuje. Stator se pohybuje ve směru rostoucí excentricity a průtok čerpadla se zvyšuje.

V důsledku nárůstu průtoku v tlakovém potrubí se tlaková ztráta Δр přes měřicí membránu zvyšuje, dokud nenastane nový stabilní stav.

Rozdíl tlaků na měřicí membráně odpovídá nastavitelné síle pružiny regulátoru.

Obrázek 39 – Regulátor průtoku

Regulátor tlaku a regulátor průtoku mohou mít různé instalační mechanismy (mechanické, hydraulické nebo elektrické).
Kombinace regulátorů tlaku a průtoku umožňuje vytvářet obzvláště ekonomickéhydraulické pohony.

Datum přidání: 2017. 06. 13 ; zobrazení: 6317 ;