I.Locul şi rolul robinetului de reglare ca element de executie

in cadrul unui sistem automat

Reglarea în general şi reglarea automată în particular sunt procese de importanţă determinantă pentru activitatea şi funcţionarea sistemelor. Comenzile generate in cadrul sistemelor sunt implementate fizic prin intermediul a ceea ce este cunoscut sub numele element de execuţie. Pentru sistemele tehnice elementul de execuţie este un element care primeşte comanda de la un regulator sau un dispozitiv de comandă şi, în funcţie de valoarea acesteia, modifică un debit de fluid (gaz, abur, apă, petrol etc), un flux de energie electrică sau luminoasă sau o poziţie (poziţionarea unor scule la maşinile - unelte, urmărirea unor ţinte etc). Robinetul de reglare, care face obiectul acestei lucrări, reprezintă unul dintre cele mai importante şi mai frecvente elemente de execuţie prin care se modifică debitul unui fluid. SRA cu structura din fig. 1.4 are drept scop să menţină valoarea mărimii de ieşire y din proces egală sau cât mai aproape de valoarea dorită, prescrisă, yi. Sub acţiunea perturbaţiilor p, cu variaţii aleatoare în timp, apar diferenţe yi - y în sistem, care, prin intermediul mărimilor i şi r, respectiv abaterilor i - r, sunt prelucrate de regulatorul C care generează comanda u asupra elementului de execuţie EE. La rândul său, sub acţiunea comenzii u elementul de execuţie modifică mărimea de acţionare m până când abaterile din sistem sunt eliminate.

Figura 1.4 evidentiază, printre altele, faptul că elementul de execuţie EE şi traductorul T, împreună cu procesul P, sunt amplasate "în câmp", iar regulatorul C, în camera de comandă. În adevăr, elementul de execuţie şi traductorul sunt conectate direct la proces, de unde rezultă dificultăţi suplimentare pentru aceste două componente ale SRA. Astfel, elementul de execuţie tip robinet de reglare clasic (fig. 1.5) modifică un debit de fluid - deci este un dispozitiv hidraulic; este alcătuit din componente mecanice - deci este un dispozitiv mecanic; aparţine unui SRA - deci este un dispozitiv de automatizare. Acest dispozitiv de automatizare, mecano-hidraulic, fiind conectat direct la proces, trebuie să îşi păstreze caracteristicile statice şi dinamice în condiţii de presiuni şi temperaturi ridicate, medii agresive, nocive, cu suspensii mecanice etc. Din fig.1.5 se observă că mărimea de intrare în RR este comanda u - in mod curent o presiune Pc

= 0.2 ... 1 bar, iar mărimea dc ieşire - debitul Q. La modificarea comenzii u, respectiv a presiunii Pc, se modifică ana secţiunii de trecere dintre obturatorul 5 şi scaunul 6 şi, ca urmare, are loc variaţia debitului Q al fluidului care circulă prin RR. Robinetul de reglare este compus principial din două părţi: servomotorul S şi organul de reglare OR. Deplasarea H a tijei 3 este mărimea de ieşire din servomotor şi mărimea de intrare în organul de reglare. Servomotorul care echipează organul de reglare pentru RR din fig.1.5 este pneumatic. Alte tipun de servomotoare care echipează RR sunt cele electrice si hidraulice.

1

Sistemele de reglare din exemplele 1, 2 şi 3 sunt prezentate în forma lor cea mai simplă. În numeroase cazuri, robinetele de reglare ale SRA sunt echipate cu poziţioner. Poziţionerul este un regulator specializat, care împreună cu servomotorul alcătuieşte o buclă de reglare a deplasării tijei. Cu această precizare şi ţinând seama de cele prezentate anterior, schema bloc a unui element de execuţie tip robinet de reglare, echipat cu poziţioner, este cea prezentată în fig.1.6. Perturbaţia p aplicată la intrarea OR are în vedere variaţiile aleatoare care se manifestă pe canalul conductă - robinet de reglare, cum sunt: presiunile P 1 şi P2, viscozitatea, densitatea şi temperatura fluidului etc.

2

I 1

II. Dimensionarea hidraulica a robinetului de reglare

2.1. Sisteme hidraulice

Robinetul de reglare este amplasat într-un sistem hidraulic de transport alcătuit principial din: sursă de presiune, conductă şi robinet de reglare. Există o varietate mare a structurii acestor sisteme hidraulice de transport. Structura sistemului hidraulic şi fenomenele care au loc în acesta influenţează direct modificarea debitului de fluid atunci când se comandă modificarea gradului de deschidere/închidere al robinetului de reglare.

2.1.1. Surse de presiune

Există două clase importante de surse de presiune: centrifugale şi volumice. Preponderente în industrie sunt sursele de presiune centrifugale, prezente sub forma concretă a pompelor şi compresoarelor centrifugale. În fig.2.1 se prezintă calitativ caracteristicile principiale ale unei pompe centrifugale. Acestea exprimă variaţiile, în funcţie de debit, ale presiunii la refulare P(Q), ale puterii N(Q) şi ale randamentului η(Q). Zona haşurată evidentiază domeniul raţional de functionare, caracterizat prin valori convenabile ale randamentului.

O imagine de ansamblu asupra caracteristicilor statice ale surselor de presiune întâlnite în industrie este prezentată în fig. 2.2. Caracteristica 1 este asociată acelor sisteme hidraulice care au la bază o conductă dispusă între două vase, fiecare vas având presiunea constantă, realizată cu ajutorul unui sistem de reglare automată a presiunii (SRA-P). Un exemplu tipic în acest sens este cel al conductei situate între două separatoare de fază: unul de înaltă presiune şi celălalt de joasă presiune.

Caracteristica 3 este specifică compresoarelor centrifugale, surse de presiune de mare importanţă pentru vehicularea gazelor. Particularitatea semnificativă a acestui tip de caracteristică o constituie existenţa unui punct de maxim, cele două ramuri - crescătoare şi descrescătoare - având o influenţă hotărâtoare asupra vehiculării fluidului. Sursele de presiune volumice au caracteristica de debit sub forma celei cu numărul 4. Această caracteristică arată că pompele volumice. la turaţie constantă, refulează lichidul la debit constant, presiunea la refulare putând lua valori diferite La presiuni suficient de mari însă debitul refulat scade, acest fenomen fiind datorat creşterii debitului de fluid care se scurge, prin rosturi şi jocuri, de la refulare spre aspiraţie. Faptul ca, în cazul caracteristicilor 1, 2 şi 3, se modifică debitul cu variaţia presiunii de refulare a sursei semnifică caracterul de "elasticitate" al acestora. Prin opozitie cu acestea, caracteristicile de tip 4 sunt "rigide".

3

2.1.2. Conducta. Rezistoare hidraulice

Există o analogie directă între sistemul hidraulic şi circuitul electric. Conducta propriu-zisă este corespondentul conductorului electric, iar armăturile şi fitingurile sunt analoage rezistoarelor electrice. Prin conductă sunt transportate moleculele unui fluid, iar prin conductorul electric circulă electroni. De asemenea, mărimilor tensiune şi intensitate le corespund presiunea şi debitul. Aşa cum în circuitul electric au loc căderi de tensiune, în mod similar, în sistemul hidraulic au loc pierderi de presiune. Aşadar, prin analogie cu rezistorul electric, este firesc să fie desemnat rezistorul hidraulic ca fiind acea componentă a conductei pe care se manifestă o cădere de presiune atunci când prin aceasta circulă un curent de fluid.

Fie, de exemplu, conducta de alimentare a coloanei de fracţionare CL din fig. 2.3. Pentru a realiza alimentarea coloanei cu debitul Q trebuie asigurată presiunii P de la capătul conductei o valoare astfel încât:

- să se învingă presiunea Pv din coloană şi presiunea asociată diferenţei de nivel H;- să se compenseze pierderile de presiune din conductă.In mod curent, transportul fluidelor prin conducte se realizează în regim turbulent, caracterizat

printr-o dependenţă pătratică între debit şi căderea de presiune. Cu aceste precizări dependenţa debit-presiune la capătul conductei este cea din fig.2.3, b.

• Pierderile de presiune în conducte se datoresc frecărilor de pereţii acesteia, fiind numite pierderi longitudinale, şi fenomenelor din rezistoarele concentrate (armături şi fitinguri), numite pierderi locale.

Pierderile longitudinale de presiune. Pierderile de presiune prin frecare, pentru conducte drepte cu secţiune circulară, se calculează cu relaţia datorată Iui Darcy şi Weisbach

(2.1)

unde: este coeficientul de frecare; L - lungimea conductei, în m; D - diametrul conductei, în m; w - viteza medie a fluidului, în m/s; p - densitatea fluidului, în kg/m3.

Dacă se înlocuieşte în (2.1) se obţine:

(2.2)

Aplicarea relaţiei (2.1), respectiv (2.2), presupune determinarea coeficientului de frecare . Valoarea lui depinde în principal de regimul de curgere, caracterizat de numărul Reynolds Re, de rugozitatea şi diametrul conductei. Pentru regimul de curgere laminar, se calculează cu relaţia

4

Pierderile locale de presiune. Curgerea turbulentă a unui lichid printr-un rezistor hidraulic poate fi caracterizată, din punct de vedere energetic, cu ajutorul ecuaţiei (fig.2.5)

(2.3)

unde: ΔPloc reprezintă pierderea de presiune datorată fenomenelor locale complexe din rezistor; g - acceleraţia gravitaţiei. Împărţind cu ρ şi ţinând seamă că pentru sistemul din fig.2.5 avem H1 = H2, relaţia (2.3) devine:

(2.4)

unde fiecare termen are semnificaţia de energie specifică:

reprezintă energii potentiale specifice de presiune (definesc linia piezometrică);

reprezintă energii specifice cinetice (definesc linia energetică).

Împărţind relaţia (2.4) cu g (acceleraţia gravitaţiei) se obţine

(2.5)

termenii acesteia având semnificaţia prezentată în fig.2.5. Astfel, energia mecanică totală a unităţii de

masă nu se conservă la curgerea fluidului prin rezistorul hidraulic RH, o parte din aceasta,

exprimată prin termenul ΔPloc/ρ, transformându-se în căldură. Determinantă pentru pierderea de energie mecanică este ΔPloc, cunoscută sub numele pierdere locala de presiune.

Pierderea locală de presiune se calculează cu relaţia:

(2.6)

unde ζ este coeficientul de pierdere, care depinde de forma rezistorului local de numărul Reynolds, de rugozitatea pereţilor, iar in cazul armăturilor, de gradul de deschidere şi de tipul acestora. In general, la valori mari ale numărului Reynolds, coeficientul de pierdere ζ este independent de Re. În multe cazuri ariile secţiunilor din amonte şi aval de rezistor sunt diferite, deci şi vitezele sunt diferite. Pierderile de presiune se pot exprima fie in functie de viteza din amonte, fie de cea din aval. În aceste situaţii coeficientul de pierdere ζ, are valori diferite într-un caz sau celălalt.

5

2.1.3. Subsistemul conductă - sursă de presiune

Conducta şi sursa de presiune sunt elementele de bază ale sistemului hidraulic de transport în care este amplasat robinetul de reglare, subsistemul alcătuit din aceste două componente fiind determinant pentru debitul de fluid transportat. In f i g . 2 .2 s i 2 . 3 ,b au fost prezentate separat caracteristicile statice ale diferitelor surse de presiune, respectiv ale unei conducte prin care curgerea fluidului are loc în regim turbulent. Punctul de funcţionare al sistemului conductă - sursă de presiune este determinat de intersecţia celor două caracteristici, aşa cum se prezintă în fig. 2.7, b pentru cazul pompelor de tip centrifugal şi în fig. 2.7, c pentru cazul pompelor de tip volumic.

Graficele din fig. 2.7, b şi 2.7, c evidenţiază un aspect esenţial pentru posibilitatea de a modifica debitul de fluid prin conductă şi anume: în cazul sursei de presiune de tip pompă centrifugală, în contrast cu sursa de presiune tip pompă volumică, se poate modifica debitul fluidului prin acţiuni asupra rezistenţei hidraulice a conductei (variaţia 1→ 2 ) respectiv prin modificarea presiunii de la capătul conductei P v (variaţia 1→ 3 ) . Acest aspect este determinant pentru locul de amplasare a robinetului de reglare în cadrul sistemului hidraulic. Astfel, dacă pompa este de tip centrifugal, robinetul de reglare se poate amplasa pe conductă în vederea modificării debitului de fluid transportat. În cazul pompelor de tip volumic această soluţie nu este posibilă, fiind necesară o structură a sistemului hidraulic cu ramificatie, deci diferită de aceea din fig. 2.7, a .

Pentru sistemul hidraulic se presupune următorul model matematic: sursa de presiune

(2.7)

conducta de recirculare

(2.8)

conducta de evacuare (2.9)

Pentru calculul coordonatelor punctului de intersectie A se intersectează curbele notate cu SP şi T astfel:

- din (2.8) şi (2.9) se obţine :

(2.10)

- prin sursa de presiune SP circulă fluid cu debitul (2.11)

- se înlocuiesc (2.11) şi (2.10) în (2.7):

care, pentru valorile din enunţ, devine

6

(2.12)

2.2. Robinetul de reglare - rezistor hidraulic variabil

Rezistorul hidraulic este acea componentă a sistemului hidraulic pe care se manifestă o anumită cădere de presiune atunci când prin aceasta circula un curent de fluid. În acest sens, robinetul de reglare reprezintă un exemplu de rezistor hidraulic, cu o rezistenţă hidraulică variabilă datorită, în primul rând. modificării ariei secţiunii de trecere a acestuia. O privire globală a unui robinet de reglare, împreună cu principalele mărimi asociate, este prezentată în fig. 2.11. La modificarea deplasării H a obturatorului sistemului de strangulare rezultă o variaţie atât a debitului Q,, cât şi a căderii de presiune ΔPr. Dacă se notează cu ζ,, coeficientul de pierdere al robinetului de reglare, se poate dovedi că există relaţia

(2.13)

a cărei formă concretă va fi prezentată în continuare în acest capitol.

La căderi mici de presiune pe robinet, viscozităti mari sau secţiuni de trecere mici, curgerea are loc în regim laminar, caracterizat prin dependenţa liniara între debit şi căderea de presiune. Această dependenţa corespunde zonei I din graficul reprezentat în fig. 2.13. La aceeaşi deschidere a robinetului de reglare, pe măsură ce căderea de presiune creşte, se obţine o creştere a debitului, respectiv a vitezei de curgere, astfel încât la o anumită valoare a căderii de presiune se ajunge la o curgere în regim de trecere (zona II din fig. 2.13).

7

Dacă pierderea de presiune pe robinet este crescută în continuare se atinge regimul de curgere turbulent, cunoscut sub numele de curgere normala (zona III din fig 2.13). La pierderi mari de presiune pe robinet, în zona de strangulare maximă are loc o asemenea scădere a presiunii încât se atinge presiunea de vaporizare Pv (fig.2.12,b). Deoarece a fost atinsa presiunea de vpori a lichidului transportat, începe procesul de vaporizare. După trecerea de vena contracta are loc fenomenul de recuperare a presiunii, astfel încât se ajunge la niveluri de presiune P2, superioare de vapori Pv, fapt pentru care bulele de vapori formate în zona venei contracta sunt condensate brusc, sub forma unor implozii, a unor colapsuri. Acest mecanism compus din două etape, vaporizare in vena contracta şi condensarea brusca numit cavitatie, produce zgomot şi vibrării care conduc la distrugeri fizice ale robinetului şi ale conductei din aval. Curgerea cavitaţională corespunde zonei IV din fig. 2.13, unde, printre altele, nu se mai respectă dependenţa pătratică dintre şi căderea de presiune.

Bulele de vapori care se formează în zona venei contracta ocupă un volum mai mare decât lichidul din care s-au format. Dacă diferenţa de presiune pe robinet este crescută în continuare, ponderea bulelor de vapori creşte până când volumul amestecului devine aşa de mare încât robinetul nu mai permite trecerea unui debit superior de fluid. Această stare este numită curgere sugrumată, debitul de fluid avand valoarea maximă Qmax (fig. 2.13). In cazul gazelor, la scăderea presiunii în aval, creşte volumul specific, ceea ce are ca urmare creşterea vitezei în secţiunea venei contracta datorită creşterii volumului gazului. Când viteza atinge viteza sunetului (1 Mach), orice încercare de creştere a căderii de presiune nu mai conduce la o creştere a debitului. În acest caz s-a ajuns, de asemenea, la curgerea sugrumată. Punctul în care s-a atins debitul maxim Qmax, datorită curgerii sugrumate, desemnează căderea de presiune de sugrumare. Robinetul de reglare este utilizat, în majoritatea aplicaţiilor industriale, în regimul de curgere turbulent, numit normal, marcat în fig. 2.13 prin zona III. Varietatea mare a proceselor industriale, însoţită de creşterea complexităţii acestora, şi uneori de alegerea necorespunzătoare a robinetelor de reglare, face ca unele din acestea să funcţioneze în celelalte zone, adică I, II, IV sau chiar V.

8

Aplicaţie

Date cunoscute: fluidul - abur; T = 232°C; presiunea în amonte P1 = 9,6 bara; presiunea în aval P2 = 3,5 bara; debitul masic Qm = 4500 kg/h; fluidul tinde să deschidă; presiunea critică Pc = 221 bara; temperatura critică Tc = 374°C; masa molară relativă M = 18,026; raportul căldurilor specifice k = 1,33; RR de trecere; caracteristică statică intrinsecă logaritmică; diametrul conductei Dc = 65 mm; volumul specific v = 0,65 m3 /kg.

Să se dimensioneze hidraulic RR. Rezolvare.

1. Pentru datele prezentate se selectează formula (2.76) pentru calculul lui Kv.

2. Din tabelul 2.4, pentru RR de trecere, fluidul tinde să deschidă, rezultă xT =0,72.

Se calculează în continuare:

Deoarece x = 0,635 < FkxT = 0,684, curgerea nu este sugrumată, fapt pentru care în relatiile de calcul va fi utilizat x .3. Se determină Y cu relaţia (2.78)

9

4. Pentru determinarea lui z se calculează Pr şi Tr:

Din grafic, pentru Pr = 0,043 şi Tr = 0,780 rezultă z = 1,0.

5. Se determină Kv , unde se consideră FP= 1:

6 Se alege, pentru început, un RR cu un scaun, Kvs 65, Ds 65, Dn 65.7 şi 8. Deoarece diametrul RR este egal cu diametrul conductei FP = 1. În consecinţă Kv = 41,02.9. Se calculează viteza la ieşirea din RR cu relaţia (2.83):

10. Deoarece valoarea vitezei îndeplineşte condiţia de a fi sub 1 Mach, fiind chiar relativ mică, aceasta nu afectează dimensiunile RR.11. Robinetul de reglare selectat în pasul 6 este corespunzător. Este necesară însă remarca asupra valorii relativ mari a lui Kvs = 65 faţă de Kv = 41,02 rezultat din calcul. Aceată situaţie se datoreşte însă gamei de fabricaţie a producătorului indigen care. între RR cu Kvs 40 şi Kvs 65, nu are valori intermediare.

10

III.Caracteristici statice de lucru

Reglarea automată a nivelului

Caracteristicile procesului de acumulare a lichidului. Pentru vasul din fig. 3.16 se face ipoteza că debitul Qe la ieşire este independent de nivelul H al lichidului. Atunci când este respectată această ipoteză, dependenţa dintre nivelul H şi debitele Qi şi Qe în regim dinamic este dată de ecuaţia diferenţială

unde A este aria transversală a vasului.

Comportarea dinamica a elementului reglat este caracterizată prin viteza maximă de variaţie a nivelului. Această viteză se realizează atunci când debitul Qi in valoarea maxima Qi100 , iar debitul Qe

este nul. În această situaţie se poate scrie

Un raţionament analog se poate face pentru situaţia Qi = 0, iar Qe ia valoarea maximă Qe100.După valorile pe care le ia viteza de variaţie a nivelului, se face următoarea clasificare:

- viteze mici de variaţie: wmax < 1 mm/s;- viteze medii de variaţie: wmax ≈ 1 cm/s;- viteze foarte mari de variaţie: wmax>10 cm/s.

La viteze mari de variaţie a nivelului apar suprareglări însemnate atunci când sunt eliminate abaterile datorate perturbaţiilor. Din punct de vedere structural, in condiţiile ipotezei de mai sus, vasul reprezentat în fig. 3.16 este un element integrator.

În fig. 3.17 sunt reprezentate schema bloc şi răspunsul în timp ale acestuia la un semnal treaptă. Ipoteza independenţei debitului de ieşire Qe în raport cu nivelul H este îndeplinită numai atunci când la ieşirea din vas se găseşte o pompă sau asupra lichidului se exercită o presiune importantă. În primul caz se presupune că debitul de refulare al pompei este constant în raport cu variaţiile relativ mici ale nivelului, condiţie realizată în practică.

11

Debitul de lichid dintre cele două vase se calculează cu relaţia

unde Kv se referă la robinetul de reglare montat pe ieşirea din baza coloanei, iar g este acceleraţia gravitaţiei.

Prin neglijarea influenţei nivelului, relaţia de mai sus devine:

• Atunci când scurgerea unui vas aflat la presiunea atmosferică se face în altul aflat tot la presiunea atmosferică, debitul lichidului depinde direct de nivelul din vas. În aceste situaţii, vasul nu se mai comportă ca un element integrator, ci ca unul aperiodic. Debitul scurs fiind proporţional cu , termen care are valori mici, rezultă că pentru asemenea situaţii sunt necesare robinete de reglare cu Kvs mari. Acesta este unul dintre motivele pentru care în cele mai multe cazuri la ieşirea din vase se utilizează pompe pentru refularea lichidului. Structura SRA-N. Din punctul de vedere al reglării nivelului, drept mărime de execuţie se poate utiliza fie debitul de intrare Qi , fie debitul de ieşire Qe. În funcţie de scopul tehnologic deservit de vasul respectiv urmează a se stabili care anume dintre cele două fluxuri va fi utilizat drept mărime dc execuţie. În fig. 3.18 sunt schiţate cele două posibilităţi de reglare a nivelului: cu linie plină este indicată comanda asupra intrării, iar cu linie punctată -aceea asupra ieşirii

Nivelul H din vas este sesizat cu traductorul LT, care transmite la rândul său un semnal corespunzător regulatorului LC. Regulatorul compară valoarea curentă a nivelului H cu aceea prescrisă Hi, şi elaborează comanda u care acţionează asupra robinetului de reglare RR. Atunci când nivelul creşte, debitul Qi, este micşorat şi invers pentru situaţia în care nivelul scade. Pentru cazul în care mărimea de execuţie este debitul de ieşire Qe efectul comenzii este inversat.

12

În legătură cu SRA-N trebuie făcută şi următoarea precizare: atunci când Qi este mărime de execuţie, debitul de ieşire Qe constituie principala perturbaţie şi invers, în cazul când Qe, este mărime de execuţie.

În fig. 3.19 este prezentată schema bloc a SRA-N pe care sunt indicate mărimile de intrare şi ieşire, perturbaţii le, coeficienţii de amplificare şi constantele de timp pentru elementele componente.

Procesul reglat este de tip integrator. Robinetul de reglare este un element neliniar şi fără inerţie. Principalele perturbaţii care influienţeaza caracteristica statică de lucru a RR sunt: presiunea la refularea pompei Pro, presiunea din vas Pv, rezistenţele hidraulice ale robinetelor R1 sau R2, densitatea ρ, viscozitatea v şi temperatura T ale lichidului.

Tipurile de traductoare de nivel utilizate curent sunt elemente liniare, putând fi aproximate din punct de vedere dinamic cu unul sau două elemente de ordinul întâi înseriate.Cea de-a doua situaţie se întâlneşte atunci când traductorul este de tipul cu imersor şi cu tub comunicant cu vasul în care se sesizează nivelul (elementul 5 din fig. 3.19). În funcţie de tipul constructiv şi de energia utilizată, traductoarele de nivel prezintă inerţii caracterizate prin constanta de timp a5 cu valori în intervalul 0,3...3 s.

Pentru SRA-N se utilizează regulatoare P sau PI, în funcţie de importanţa menţinerii constante a nivelului.

Din observarea atentă a fiecărui element al schemei bloc din fig. 3.19 rezulta că RR este singurul neliniar. Aşadar, variaţia amplificării SRA este produsă numai de coeficientul de amplificare al RR. Variaţia presiunii pe robinetul de reglare. În fig. 3.20,a este prezentat sistemulmul hidraulic in care este inclus robinetul de reglare pentru SRA-N care are debitul Qi, drept mărime de execuţie, iar în fig. 3.20,b - variaţia presiunii de-a lungul sistemului hidraulic.

Atunci când RR este închis (Qi = 0), variaţia presiunii are loc conform liniei groase, pentru poziţia întredeschisă presiunea variază după linia întreruptă, iar pentru poziţia complet deschis - după linia întreruptă şi cu puncte.

Pompa generează presiunea iniţială Pro, corespunzătoare Iui Qi = 0. Pe conductă şi în interiorul pompei are loc căderea de presiune ΔPL, iar in robinetul de reglare - căderea de presiune ΔPr. Presiunea

13

la capătul conductei, egală in cazul de faţă cu aceea din vas Pv, constituie un punct fix, aşa cum este indicat în fig. 3.20,b.

În fig. 3.21 sunt prezentate sistemul hidraulic şi variaţia presiunii în cazul dispunerii robinetului de reglare pe ieşirea din vas. În acest caz este de subliniat faptul că la aspiraţia pompei, la presiunea Pa

din vas se adaugă presiunea exercitată de coloana de lichid H, ρgH, astfel încât P*a = Pa + ρgH. Toate celelalte presiuni şi căderi de presiune sunt indicate pe figură.

În mod asemănător cu SRA-D, şi în cazul SRA-N, pentru sistemul hidraulic, care include robinetul de reglare, este foarte important raportul ψ = ΔPr100 / ΔPso.

IV.Alegerea servomotoarelor pneumatic pentru echiparea

robinetului proiectat

Aplicaţia

Un RR liniar, cu două scaune Dn 80, Dx 80/75 şi diametrul tijei DT =12 mm este dispus într-un sistem hidraulic la care se cunosc:

- căderea de presiune pe RR la poziţia închis ΔPr0 =10 bar;- căderea de presiune la poziţia complet deschis ΔPr100 = 6 bar;- presiunea la ieşirea din robinet P2 =2 bar;

14

- poziţia de siguranţă: normal deschis (aerul închide);- se impune un debit de scăpări cât mai mic.Să se aleagă servomotorul pneumatic cu membrană pentru echiparea acestui robinet.

Rezolvare. Consultarea tabelului 7.6 arată că pentru acest caz pot fi utilizate două servomotoare:

- P 200 echipat cu poziţioner alimentat cu 3 bar pentru care ΔPaS = 80 bar;- P 300 echipat cu poziţioner alimentat cu 1,5 bar pentru care ΔPaS =36 bar.În cele ce urmează se va construi bilanţul forţelor pentru servomotorul P 300. Forţa dezvoltată

de ΔPr0= 10 bar în poziţia de închidere

Luând ca bază relaţia de mai jos, pentru RR cu două scaune forţa de apăsare pe scaun se calculează astfel:

Presupunând cutia de etanşare cu azbest grafitat se aplică relatia de mai jos:

Dependenţa cursă - comandă PC pentru RR echipat cu servomotor se ajustează pe stand, respectiv în instalaţie, în condiţiile lipsei vehiculării de fluid prin conductă (ΔPr =0). Servomotorul trebuie să îşi realizeze cursa 0...H100 pentru PC = 0.2... 1 bar. Tabelul 7.6 indică, pentru servomotorul P300, o forţă de comprimare a arcului FA =141 daN atunci când PC = 0,2 bar. Prin urmare, pentru PC = 1 bar şi H = H100 rezultă FA = 705 bar. Indiferent de apăsarea pe scaun, forţa FA, cu valorile extreme 141 daN respectiv 705 daN, îşi păstrează dependenţa liniară cu deplasarea H a tijei.

Cu aceste precizări, în fig. De mai jos este prezentat bilanţul forţelor. Din figură se observă că la poziţia închis, comanda necesară asigurării forţei de etanşare FE = 124 daN are valoarea PC = 1,27 bar. În funcţie de ajustarea pozitionerului, servomotorul poate dezvolta, pentru PC = 1,5 bar, forţe FPC superioare, până la 1060 daN, ceea ce poate asigura forţe de etanşare mai mari.

Se analizează în continuare bilanţul forţelor la poziţia deschis a RR. Forţa FΔP se determină cu ajutorul fig. 7.19:

15

Forţa de frecare se modifică prin creşterea lui P2 de la 2 bar la 6 bar:

Cu aceste rezultate, în fig. de mai jos este prezentat bilanţul forţelor pentru RR aproape complet deschis. Din grafice se observă că FPC = 63 bar, comanda asociată fiind PC = 0,09 bar.

Tabelul 7.6

Caderea de presiune maxim admisibila pentru robinete de reglare cu doua scaune

Servomotor P200 P300 P400

Cine

inchide

Arcul

inchide

Arcul

inchide

Arcul

inchide

Arcul

inchide

Arcul

inchide

Arcul

inchide

Semnal[bar] 0,2... 0,4*... 1,5*... 3,0 0,2... 0,4*... 1,5*... 3,0 0,2... 0,4*... 1,5*... 3,0

Forta[daN] 62 125 157 628 141 282 353 1413 318 626 795 3180

Dia

met

rul s

caun

ului

D

S[m

m]

(sup

erio

r/in

feri

or)

32/28

40/35

50/45

65/60

80/75

100/95

125/120

150/145

200/195

250/245

300/295

5

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

36

19

11

4

-

-

-

-

-

-

-

52

30

19

10

4

-

-

-

-

-

-

160

160

141

103

80

60

43

32

19

12

6

44

24

15

7

2

-

-

-

-

-

-

115

70

51

35

24

1

8

3

-

-

-

151

92

70

49

36

25

15

9

2

-

-

160

160

160

160

160

160

123

99

68

53

39

133

81

61

42

30

20

12

6

-

-

-

160

160

143

105

81

61

44

33

20

12

6

160

160

160

137

107

81

60

47

30

21

13

160

160

160

160

160

160

160

160

160

146

112

* Se utilizează numai prin echiparea servomotoruluicu cu poziţioner.

Observaţii:

0,2 este semnalul de început, corespunzător domeniului unificat (0,2... 1) bar;0,4 este semnalul de început care corespunde arcului servomotorului în stare pretensionată;1,5 este presiunea aerului dc alimentare 1,4 + 0,1 bar a poziţioncrelor româneşti;3,0 este presiunea aerului de alimentare a unor poziţionere din import.

16