Выбор комплекса технических средств автоматизации процесса выпаривания

1) обеспечивать  необходимую скорость регулирования,  определяемую динамикой системы;

2) обеспечивать  линейную ходовую характеристику (статическую), т.е. постоянство коэффициента передачи по мощности во всем диапазоне изменения регулируемой величины, при этом ИМ не будет искажать выбранного закона регулирования;

3)сохранять  равенство между перемещением  выходного элемента и рабочим  ходом затвора регулирующего  органа. Если это равенство невыполняется,  необходимо подобрать механическую  связь междуисполнительным механизмом  и регулирующим органом. При  этомкоэффициент передачи связи должен быть учтен (как и всякого звена,входящего в систему автоматического регулирования).

При выборе исполнительных механизмов, кроме требований, предъявляемых системой регулирования, необходимо учитывать следующее:

1)  желательно, чтобы виды энергии, создающей  перестановочное усилие, и энергии  командного сигнала от регулирующего  блока системы были идентичны;  в противном случае следует  предусмотреть наличие соответствующих преобразователей;

2) ИМ должны  применяться с учетом окружающих  условий и иметь соответствующее исполнение (пыле-, брызго, - взрывозащищенное);

3)ИМ должны  отвечать требованиям по энергетическим, эксплуатационным и экономическим  показателям, а также требованиям  надежности, предъявляемым в зависимости  от степени ответственности регулируемой  величины;

4) наименее  важным фактором при выборе  исполнительного механизма является  его масса и габаритные размеры,  однако в отдельных случаях  эти показатели также следует  учитывать, если этого требует  специфика его применения.

Проведем  расчет регулирующего клапана на трубопроводе упаренного раствора.

 

 

 

 

 

Данные для  расчета:

1. Наименование  протекающей среды  30% раствор Na₂SO₄

2. Максимальный  расход      ₌ 8 м³/ч

3. Минимальный расход      = 4 м³/ч

3. Плотность  жидкости      ρ = 1400 кг/м³

4. Кинематическая вязкость (70 °С)    ν = 7.5cм²/с

5. Температура жидкости     t = 70 °С

 

Рассчитаем и  выберем РО для регулирования  расхода раствора из аппарата в магистраль. У нас имеется 6 поворотов трубы под 90° радиусом R = 0.1 м, два отсечных и один регулирующий клапан, а также ввод в магистрали в следующий аппарат. Трубопровод состоит из 8 участков с длинами 2, 10,2, 5, 2, 5 и 2 м.

Приведем другие технологические данные, необходимые  для расчета: максимальный объемный расход ₌ 8 м³/ч, внутренний диаметр трубы D= 40 мм, шероховатость трубы по справочнику [1, c.272] принимаем n₁ = 0.1 мм. Давление в магистрали p₀ = 0.5МПа, давление в аппаратеp_ап = 0.21 МПа.

 

Порядок расчета  следующий [1, с. 269]:

Гидростатический  напор, соответствующий разности высот Δh:

 

 

 

Определяем потери давления в линии. Для этого найдем

перепад давлений в сети:

.

Определяем число  Рейнольдса при максимальном расходе:

 

Определяем условие  гидравлической гладкости трубопровода:

.

Трубопровод является гидравлически гладким, поэтому  коэффициент гидравлического сопротивления λопределяется по формуле Никурадзе.

 

Общая длина трубопровода L = 28м. Находим потерю давления на прямых участках трубопровода:

.

Определим потери давления в местных гидравлических сопротивлениях трубопровода. По таблице 6.8 [1, с.271] определяем: ε_вх= 1, ε_вых = 0.5, ε₉₀ = 0.6, ε_отсеч = 8.0. Тогда суммарные потери равны:

.

Находим суммарные  потери в линии:

 

Yаходим перепад давлений на регулирующем органе:

 

Пределяем максимальную пропускную способность клапана:

 

Подходящийрегулирующий  орган - MVF461H25-8, D_у= 25мм, K_vу = 8.

Определяем значение критерия Рейнольдса для выбранного РО:

 

Т.к.условиеRe_у> 2000 не выполнено, то учтем влияние вязкости на расход, используя поправочный коэффициент , который определим по графику 6.22:1.2.

Значениес учетом:

Так как пропускаемая способность меньше требуемой, то выбираем другой РО - MVF461H32-12, D_у= 32мм, K_vу = 12.

Определяем значение критерия Рейнольдса для выбранного РО :

 

Т.к.условиеRe_у> 2000 не выполнено, то учтем влияние вязкости на расход, используя поправочный коэффициент , который определим по графику 6.22:1.4.

Значениес учетом:.

Выбираем MVF461H40-20.

 

Определим отношение  перепада давления в линии к перепаду давления на РО:

 

Значение и уточняем по формулам:

 

 

 

По уточненным значениям  пересчитаем :

 

Определим относительные  значения расходов:

 

 

 

Определяем диапазон перемещений РО для  .

С линейной характеристикой (6.15):

 

С равнопроцентной  характеристикой (6.16):

 

Определяем максимальные и минимальные значения коэффициента передачи для рабочего диапазонанагрузок:

Для линейной характеристики(6.19):

 

 

 

 

Для равнопроцентной  характеристики(6.20):

 

 

Выбираем линейную пропускную характеристику.

 

 

 

 

 

 

 

5. Разработка принципиальной электрической схемы

 

Принципиальные  электрические схемы определяют полный состав приборов, аппаратов  и устройств, а так же связей между  ними, действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. Эти схемы служат так же для изучения принципа действия системы. Они необходимы при производстве наладочных работ и в эксплуатации.

При разработке систем автоматизации технологических  процессов принципиальные электрические  схемы обычно выполняют применительно  к отдельным самостоятельным  элементам, установкам или участкам автоматизируемой системы.

Любая схема, вне зависимости от ее сложности, представляет собой определенным образом  составленное сочетание отдельных, достаточно элементарных электрических  цепей и типовых функциональных узлов, в заданной последовательности выполняющих ряд стандартных  операций: передачу командных сигналов от органов управления или измерения  к исполнительным органам, усиление или размножение командных сигналов, их сравнение и т. д.

Принципиальная  схема — это схема электрических  соединений, выполненная в развернутом  виде. Она является основной схемой проекта электрооборудования производственного  механизма и дает общее представление  об электрооборудовании данного  механизма, отражает работу системы  автоматического управления механизмом, служит источником для составления  схем соединений и подключений, разработки конструктивных узлов и оформления перечня элементов.

По принципиальной схеме осуществляется проверка правильности электрических соединений при монтаже  и наладке электрооборудования. От качества разработки принципиальной схемы зависит четкость работы производственного  механизма, его производительность и надежность в эксплуатации.

Десять правил составления электрических принципиальных схем:

1. Составление  принципиальной электросхемы производственного механизма проводится на основании требований технического задания. В процессе составления принципиальной схемы уточняются также типы, исполнения и технические данные электродвигателей, электромагнитов, конечных выключателей, контакторов, реле и т. п.

Напомним, что  на принципиальной схеме все элементы каждого электрического устройства, аппарата или прибора показываются отдельно и размещаются для удобства чтения схемы в различных местах ее в зависимости

 

 

 

 

  от выполняемых функций. Все  элементы одного и того же  устройства, машины, аппарата и т.  п. снабжаются одинаковым буквенно-цифровым  обозначением, на пример: KM1 — контактор  линейный первый, KT — реле времени  и т. п. 

2. На электрической  принципиальной схеме показываются  все электрические связи между  входящими в нее элементами  электрооборудования производственного  механизма. На принципиальных  схемах силовые цепи обычно  размещают слева и изображают  их толстыми линиями, а цепи  управления помещают справа и  чертят тонкими линиями. 

Принципиальная  схема проектируется с использованием существующих типовых узлов и  схем автоматического управления электропроводами(например, схем магнитных контроллеров и защитных панелей - для кранов, схем узлов  перехода от наладочного режима к  автоматическому при помощи раздельных кнопок управления или переключателя  режимов — для металлорежущих станков и т. д.).

3. Релейно-контактные  схемы необходимо составлять  с учетом минимальной загрузки  контактов реле, контакторов, путевых  выключателей и т. д., применяя  для снижения коммутируемой ими  мощности усилительные устройства: электромагнитные, полупроводниковые  усилители и др.

4. Для повышения  надежности работы схемы нужно  выбрать наиболее простой вариант,  имеющий наименьшее количество  органов управления, аппаратов и  контактов. Для этой цели следует,  например, применять общие аппараты  защиты для электродвигателей,  не работающих одновременно, а  также осуществлять управление  вспомогательными приводами от  аппаратов главного привода, если  они работают одновременно.

5. Цепи управления  в сложных схемах следует присоединять  к сети через трансформатор,  понижающий напряжение до 110 В.  Это исключает электрическую  связь силовых цепей с цепями  управления и устраняет возможность  ложных срабатываний релейно-контактных  аппаратов при замыканиях, на  землю в цепях их катушек.  Относительно простые схемы электрического  управления допускается присоединять  непосредственно к питающей сети.

6. Подача  напряжения на силовые цепи  и цепи управления должна производиться  посредством вводного пакетного  выключателя или автоматического  выключателя. При применении на  металлорежущих станках или других  машинах только двигателей постоянного  тока в схеме управления следует  использовать также аппаратуру  постоянного тока.

7. Различные  контакты одного и того же  электромагнитного аппарата (контактора, реле, командоконтроллера, путевого  выключателя и др. рекомендуется  по возможности подключать к  одному полюсу или фазе сети. Это позволяет осуществить более  надежную работу аппаратов (отсутствует  вероятность пробоя и замыкания  по поверхности изоляции между  контактами). Из этого правила  следует, что один вывод катушки  всех электрических аппаратов  по возможности нужно подключать  к одному полюсу цепи управления.

8. Для обеспечения  надежной работы электрооборудования  должны быть предусмотрены средства  электрической защиты и блокировки. Электрические машины и аппараты  защищаются от возможных коротких  замыканий.и недопустимых перегрузок. В схемах управления электроприводами  станков, молотов, прессов, мостовых  кранов обязательна нулевая защита  для устранения возможности самозапуска  электродвигателей при снятии  и последующей подаче напряжения  питания. 

Электрическая схема должна быть построена так, чтобы при перегорании предохранителей, обрыве цепей катушек, приваривании контактов не возникало аварийных  режимов работы электропривода. Кроме  того, схемы управления должны иметь  блокировочные связи для предотвращения аварийных режимов при ошибочных  действиях оператора, а также  для обеспечения заданной последовательности операций.

9. В сложных  схемах управления необходимо  предусмотреть сигнализацию и  электроизмерительные приборы, позволяющие  оператору (станочнику, крановщику) наблюдать за режимом работы  электроприводов. Сигнальные лампы  обычно включаются на пониженное  напряжение: 6, 12, 24 или 48 В. 

10. Для удобства  эксплуатации и правильного монтажа  электрооборудования зажимы всех  элементов электроаппаратов, электрических  машин (главные контакты, вспомогательные  контакты, катушки, обмотки и др.) и провода на схемах маркируются.

При составлении  принципиальной схемы процесса выпаривания  по контуру на схеме присутствуют элементы, которые имеют следующие  обозначения:

 

G1	Блок питания
A1	Устройство (регулятор)
BP1	Датчик давления
UZ1	Разветвитель сигналов
BK1	Электромагнитный привод клапана
PS1	Регистратор