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 regulacyjnych regulatorów ciśnienia bezpośredniego działania Ćwiczenie nr Laboratorium z przedmiotu: Automatyczna regulacja w ogrzewnictwie i wentylacji Kod: Opracował: mgr inż. Tomasz Teleszewski mgr inż. Piotr Rynkowski lipiec

2 1. Wprowadzenie Regulatory ciśnienia bezpośredniego działania są stosowane do regulacji stałowartościowej ciśnienia w rurociągach. W prostych rozwiązaniach, pomiar wartości zadanej oraz nastawienie nastawnika uzyskuje się za pomocą tej samej membrany, są to regulatory o małej dokładności. Dokładniejsze regulatory są bardziej złożone i mają oddzielne zadajniki wartości zadanej oraz nastawniki w postaci zaworów regulacyjnych. Własności dynamiczne tych regulatorów są proporcjonalne P lub całkujące I. Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P (rys. 1,2) jest przeznaczony do regulacji wody za regulatorem w zakresie 0,01 1,0 MPa. W skład regulatora wchodzą następujące główne zespoły: zawór regulacyjny dwugniazdowy (3), siłownik membranowy (2) oraz serwozawór (9). Zasada działania regulatora BRU-P (rys. 2) W regulatorze ciśnienia siła pochodząca od napięcia sprężyny (8) serwozaworu uzyskana przez obracanie śruby (7) oddziałuje na membranę (10) serwozaworu. Na membranę oddziałuje również siła wypadkowa pochodząca od ciśnienia regulowanego p i sprężyny zwrotnej 13. Wielkość naprężenia sprężyny (8) określa wartość ciśnienia regulowanego p. Ciśnienie zasilania pz działa przez przewód impulsowy na grzybek (12) serwozaworu. Zawór (3) odcina przepływ na skutek działania na grzyb (4) siły pochodzącej od sprężyny (1). Z chwilą wprowadzenia odpowiedniego naprężenia sprężyny nastawy (8) przez obroty śruby (7) w kierunku prawym następuje ruch grzybka (12) serwozaworu w kierunku jego otwarcia, czynnik przepływa do przestrzeni pod grzybkiem 12 i dalej (przez serwozawór) przewodem (6) dopływa pod membranę (5) siłownika (2). Ciśnienie to działa na membranę (5) i powoduje ruch grzybka (4) w kierunku otwarcia zaworu. Następuje przepływ czynnika przez zawór główny regulatora, za którym ciśnienie czynnika powinno być utrzymane na stałym poziomie p. Ciśnienie to jest doprowadzone przewodem impulsowym (11) nad membranę (5), a także z przestrzenią nad membraną (10) serwozaworu, gdy maleje zapotrzebowanie na czynnik, którego ciśnienie jest regulowane, ciśnienie czynnika rośnie. Rośnie także ciśnienie nad membraną (10) serwozaworu, powodując ruch grzybka (12) w kierunku odcięcia przepływu przez serwozawór. Maleje wówczas ciśnienie pod membraną (5), powodując ruch grzybka (4) w kierunku przymykania zaworu. Następuje zmniejszenie przepływu przez zawór. Jeżeli zapotrzebowanie na czynnik regulowany rośnie, wówczas ciśnienie tego czynnika spada. Serwozawór (9) reaguje w ten sposób, że zmniejsza dopływ czynnika nad membraną (5). Ciśnienie nad membraną zmniejsza się. Grzyb (4) zaworu przesuwa się w kierunku otwarcia zaworu. Przepływ przez zawór (3) rośnie, powodując wzrost ciśnienia p do wartości nastawionej. 2

3 Rys. 1 Widok regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P Rys. 2 Budowa regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P 3

4 Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2 Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2 firmy Polna (rys. 3,4) jest przeznaczony do regulacji zadanego ciśnienia w instalacji połączonej z wylotem zaworu regulatora. Regulator ZSN-2 (rys. 4) składa się z trzech, połączonych rozłącznie głównych zespołów: zaworu (1), siłownika (2) i wzmacniacza (3). Zawór regulatora, jednogniazdowy z odciążonym grzybem. Dla zapewnienia poprawnego działania regulatora wymagana jest minimalna wartość różnicy ciśnień na zaworze równa dwukrotnej wartości napięcia wstępnego sprężyn w siłowniku. Rys. 3 Widok regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2 4

5 Rys. 4 Budowa regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-2: 1-zawór, 2-komora siłownika, 3-wzmacniacz, 4-grzyb, 5-trzpień siłownika, 6-membrana siłownika, 7-sprężyna wzmacniacza, 8-membrana wzmacniacza, 9-12-przewody impulsowe. Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3 Regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3 firmy Polna (rys. 5,6) jest przeznaczony do regulacji zadanego ciśnienia w instalacji połączonej z wlotem zaworu regulatora. Regulator ZSN-3 (rys. 6) składa się z trzech, połączonych rozłącznie głównych zespołów: zaworu (1), siłownika (2) i nastawnika(3). Zawór regulatora, jednogniazdowy z odciążonym grzybem. Dla zapewnienia poprawnego działania regulatora wymagana jest minimalna wartość różnicy ciśnień na zaworze równa dwukrotnej wartości napięcia wstępnego sprężyn w siłowniku. Zasada działania ZSN-3 (rys.6) Zawór regulatora jest zamknięty w stanie bez energii. Regulowane ciśnienie jest podawane przewodem impulsowym przez łącznik (8) pod membranę (5) siłownika (2). Druga komora siłownika połączona jest przez korek odpowietrzający (9) z atmosferą. Wzrost regulowanego ciśnienia ponad wartość zadaną, ustawioną za pomocą napięcia zespołu sprężyn (6) w nastawniku (3) powoduje ugięcie membrany, przesunięcie trzpienia (7) siłownika i otwieranie grzyba (4) zaworu do momentu, w którym wartość regulowanego ciśnienia osiągnie wartość zadaną na nastawniku. Punkt poboru impulsu regulowanego ciśnienia powinien być usytuowany przed wlotem zaworu regulatora. 5

6 Rys. 5 Widok regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN Rys. 6 Budowa regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3: 1-zawór, 2- siłownik, 3-nastawnik, 4-grzyb, 5-membrana siłownika, 6-sprężyna, 7-trzpień siłownika, 8- łącznik, 9-korek odpowietrzający. 6

7 2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i zasadą działania regulatorów ciśnienia bezpośredniego działania, wyznaczenie przebiegu regulacji oraz przedstawienie metod oceny jakości regulacji. Dla określonych nastaw wstępnych układu regulacji, dokonać oceny jakości i dynamicznej tego układu na podstawie zarejestrowanych przebiegów regulacyjnych, będących odpowiedzią układu na zadane wymuszenie skokowe. 3. Metodyka badań regulator ciśnienia bezpośredniego działania typu BRU-P oraz ZSN-2 a) opis stanowiska badawczego regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typu BRU-P oraz ZSN Rys. 7 Schemat stanowiska badawczego: 1-rejestrator,2-regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ BRU-P lub ZSN-2, 3-manometr, 4-zbiornik ciśnieniowy, 5- pompa, 6- rotametr, 7-zbiornik otwarty, 8- zawór odcinający. b) przebieg realizacji eksperymentu Wielkością regulowaną jest ciśnienie na wypływie wody z regulatora BRU-P lub ZSN-2. W celu wykonania ćwiczenia należy: 1) Włączyć rejestrator ciśnienia (1). 2) Wprowadzić zakłócenie skokowe wartości zadanej poprzez zmianę ilości przepływającej przez rotametr (6). 3) Rejestrować szybkość zmiany ciśnienia Po wykonaniu ćwiczenia należy wyłączyć rejestrator ciśnienia (1). 7

8 c) prezentacja i analiza wyników badań Na podstawie zarejestrowanego przebiegu regulacyjnego określić przebieg ciśnienia wskazywanego przez rejestrator oraz wyznaczyć graficznie i obliczyć wskaźniki jakości dynamicznej. 4. Metodyka badań regulator ciśnienia bezpośredniego działania typu ZSN-3 a) opis stanowiska badawczego regulatora ciśnienia bezpośredniego działania typu ZSN Rys. 8 Schemat stanowiska badawczego: 1-rejestrator,2-regulator ciśnienia bezpośredniego działania typ ZSN-3, 3-manometr, 4-zbiornik ciśnieniowy, 5- pompa, 6- rotametr, 7-zbiornik otwarty, 8- zawór odcinający. b) przebieg realizacji eksperymentu Wielkością regulowaną jest ciśnienie przed regulatorem ZSN-3. W celu wykonania ćwiczenia należy: 1) Włączyć rejestrator ciśnienia (1). 2) Wprowadzić zakłócenie skokowe wartości zadanej poprzez zmianę ilości przepływającej przez rotametr (6). 3) Rejestrować szybkość zmiany ciśnienia Po wykonaniu ćwiczenia należy wyłączyć rejestrator ciśnienia (1). 8

9 c) prezentacja i analiza wyników badań Na podstawie zarejestrowanego przebiegu regulacyjnego określić przebieg ciśnienia wskazywanego przez rejestrator oraz wyznaczyć graficznie i obliczyć wskaźniki jakości dynamicznej. 5. 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. 6. 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.). 7. 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

10 CHARAKTERYSTYKA POTENCJOMETRU Nr 2: p=0, *r-0, P [MPa] 0,30 0,28 0,26 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0, R [Ω] Rys. 9 Charakterystyka potencjometru nr 2.