Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa Instrukcja do zajęć laboratoryjnych Temat ćwiczenia: Badanie własności statycznych siłowników pneumatycznych Ćwiczenie nr 4 Laboratorium z przedmiotu: Automatyczna regulacja w ogrzewnictwie i wentylacji Kod: Opracował: mgr inż. Tomasz Teleszewski mgr inż. Piotr Rynkowski lipiec 2004

2 1. Wprowadzenie Elementy napędowe w układach regulacji możemy podzielić na: siłowniki elektryczne, siłowniki pneumatyczne, siłowniki hydrauliczne, siłowniki elektropneumatyczne, siłowniki elektrohydrauliczne. Czynnikiem roboczym w urządzeniach pneumatycznych jest odpowiednio przygotowane sprężone powietrze. Ze względu na budowę i sposób działania siłowniki pneumatyczne dzielimy na: membranowe (o działaniu odwrotnym i prostym), tłokowe, wirnikowe (silniki pneumatyczne). Pneumatyczne siłowniki membranowe typ 37 (rys.1a, rys. 2) i 38 (rys.1b, rys. 3) firmy Polna [01] są stosowane do napędu zaworów i przepustnic regulujących w układach automatyki i zdalnego sterowania. Siłownik działa na prostej zasadzie napędu pneumatycznomechanicznego. W siłowniku prostym (typ 37) sprężone powietrze jest dostarczane nad membranę 4 i powoduje zamknięcie zaworu (trzpień siłownika 7 wysuwa się na zewnątrz jarzma 1). Nacisk sprężyny 2 powoduje otwarcie zaworu. W siłowniku odwrotnym (typ 38) wzrost sygnału sterującego otwiera zawór. W celu poprawy własności statycznych i dynamicznych pneumatycznego siłownika membranowego jest stosowany ustawnik pozycyjny. Ustawnik pozycyjny (pozycjoner) jest dodatkowym regulatorem położenia wrzeciona zaworu w funkcji sygnału sterującego regulatora i jest to typowy nadążny układ regulacji położenia. Zasada działania pozycjonera przedstawiono na rysunku 4. Sygnał sterujący p s doprowadzony do mieszka sprężystego 1 powoduje przesunięcie się dna mieszka i zbliżenia się związanej z nim przesłony przesłony 2 do dyszy 3. Powoduje to wzrost ciśnienia kaskadowego p k, które po wzmocnieniu we wzmacniaczu 4 dostarczane jest do komory siłownika, co pociąga za sobą przesunięcie trzpienia 5 i ściskanie sprężyny 6 poprzez dźwignię 7 sprzężenia zwrotnego, aż do momentu osiągnięcia równowagi sił między mieszkiem 1 i sprężyną 6. Zalety stosowania ustawnika pozycyjnego: uzyskanie jednoznacznej charakterystyki statycznej pneumatycznego siłownika y=f(p s ), likwidacja histerezy (rys.5), regulacja sygnałem p s kilku siłowników, zwiększenie siły siłownika (przy podwyższonym ciśnieniu zasilania), polepszenie jakości pracy układu na linii długiej. W urządzeniach hydraulicznych czynnikiem roboczym są ciecze. Ciecz robocza podawana do siłownika charakteryzuje się odpowiednimi właściwościami. Cechą charakterystyczną siłowników hydraulicznych jest ich duża siła.

3 a) b) c) d) Rys. 1 Pneumatyczne siłowniki firmy POLNA typ: a) 37, b) 38, c)37 z zaworem trójdrogowym i ustawnikiem pozycyjnym, d)p3 z integralnym ustawnikiem elektropneumatycznym

4 Rys. 2 Budowa pneumatycznego siłownika membranowego typ 37 firmy Polna : 1-jarzmo, 2-sprężyna, 3-obudowa, 4-membrana, 5-śruba regulacyjna, 6-płyta membrany, 7-trzpień siłownika,8-ogranicznik, 9-wskaźnik skoku.

5 Rys. 3 Budowa pneumatycznego siłownika membranowego typ 38 firmy Polna : 1-jarzmo, 2-sprężyna, 3-obudowa, 4-membrana, 5-śruba regulacyjna, 6-płyta membrany, 7-trzpień siłownika,8-ogranicznik, 9-wskaźnik skoku, 10-pochwa sprężyny, 11-kłopak ochronny, 12- uszczelnienia dławnicy.

6 Rys. 4 Siłownik pneumatyczny typu 38 z ustawnikiem pozycyjnym Rys. 5 Charakterystyka statyczna siłownika membranowego: a) z ustawnikiem pozycyjnym, a) bez ustawnika pozycyjnego.

7 2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i zasadą działania siłowników pneumatycznych i hydraulicznych, wyznaczenie charakterystyki statycznej siłownika pneumatycznego z ustawnikiem pneumatycznym. 3. Metodyka badań a) opis stanowiska badawczego Rys. 6 Schemat stanowiska badawczego: 1-źródło ciśnienia, 2-nastawnik ciśnienia, 3- manometr, 4- pneumatyczny siłownik membranowy typ 38 firmy Polna.

8 b) przebieg realizacji eksperymentu W celu wyznaczenia charakterystyki statycznej siłownika pneumatycznego typu 38 należy odczytać położenie trzpienia siłownika. Wartość ciśnienia sterującego zwiększać zadajnikiem 4 co 0,1 kg/cm 2 (do 1 kg/cm 2 ) i dla każdej wartości ciśnienia odczytać przesuniecie trzpienia siłownika. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 1. Tabela 1 Ciśnienie ster. p s Położenie trzpienia siłownika Y Y Yśr [kg/cm 2 ] [mm] [mm] [mm] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 c) prezentacja i analiza wyników badań Na podstawie dokonanych pomiarów położenia trzpienia siłownika wykonać wykres y=f(p s ). Na wykonany wykres przerysować z DTR zakres dokładności położenia i ocenić czy charakterystyka statyczna badanego siłownika mieści się w tym zakresie.

9 4. Wymagania BHP Do wykonania ćwiczeń dopuszczeni są studenci, którzy zostali przeszkoleni (na pierwszych zajęciach) w zakresie szczegółowych przepisów BHP obowiązujących w laboratorium. W trakcie wykonywania ćwiczeń obowiązuje ścisłe przestrzeganie przepisów porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego. Wszystkie czynności związane z uruchamianiem urządzeń elektrycznych należy wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia. Zabrania się manipulowania przy wszystkich urządzeniach i przewodach elektrycznych bez polecenia prowadzącego. 5. Sprawozdania studenckie Sprawozdania studenckie powinno zawierać następujące informacje: 1) Skład osobowy grupy oraz podpisy, nazwę kierunku studiów, laboratorium i tytuł ćwiczenia, datę wykonania ćwiczenia, 2) Określenie poszczególnych zadań wraz z ich rozwiązaniem: a) cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego, b) niezbędne związki teoretyczne, c) opis rzeczywistego stanowiska badawczego, d) przebieg realizacji eksperymentu, e) wykonanie potrzebnych przeliczeń i zestawień, f) wykresy i charakterystyki (sporządzone na papierze milimetrowym), g) zestawienie i analiza wyników badań. 3) Analiza dokładności pomiarów. 4) Posumowanie uzyskanych wyników w postaci syntetycznych wniosków. 5) Zestawienie łączników (protokołów, taśm rejestracyjnych, itp.). 6. Literatura W. Chmielnicki, K. Kasperkiewicz, B. Zawada: Laboratorium automatyzacji urządzeń sanitarnych, Arkady 1985, W. Chmielnicki: Podstawy automatyki w inżynierii sanitarnej, WPW, Wrocław 1977, L. Kołodziejczyk, S. Mańkowski, M. Rubik: Pomiary w inżynierii sanitarnej, Arkady Warszawa 1980