Исполнительные механизмы. Регулирующие органы.

Введение

Технический прогресс народного хозяйства и темпы развития общественного производства в значительной мере определяются уровнем развития автоматизации производственных процессов. Это явилось причиной широкого развития в последние годы средств автоматического регулирования и управления.
     Вместе с тем до сего времени ещё продолжается выпуск ряда изделий, в целом уже не соответствующих полностью современным требованиям и имеющих индивидуальные технические и эксплуатационные свойства и конструктивные особенности.
Исполнительные устройства предназначены для преобразования управляющих (командных) сигналов в регулирующие воздействия на объект управления. Практически все виды воздействий сводятся к механическому, т. е. к изменению величины перемещения, усилия к скорости возвратно-поступательного или вращательного движения. Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического регулирования и в общем случае состоят из блоков усиления, исполнительного механизма, регулирующего и дополнительных (обратной связи, сигнализации конечных положений и т. п.) органов.
В зависимости от условий применения рассматриваемые устройства могут существенно различаться между собой. К основным блокам исполнительных устройств относят исполнительные механизмы и регулирующие органы.
Исполнительные механизмы классифицируют по ряду признаков: 
- по виду используемой энергии – электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные; 
- по конструктивному исполнению – мембранные и поршневые; 
- по характеру обратной связи – периодического и непрерывного действия.




3
1. Исполнительные механизмы.
Воздействие на технологические процессы, как при дистанционном, так и при автоматическом управлении осуществляется с помощью исполнительных механизмов и сопряженных с ними регулирующими органами.
По виду потребляемой энергии исполнительные механизмы разделяются на электрические, электромагнитные, пневматические и гидравлические. Наибольшее распространение получили электрические ИМ. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы применяются в случае необходимости получения большой мощности при перемещении рабочего органа.
1. 1. Электрические исполнительные механизмы.
Электрические исполнительные  механизмы (ЭИМ) могут быть контактными и бесконтактными. Пусковым устройством контактного исполнительного механизма является реверсивный магнитный пускатель, бесконтактного - магнитный усилитель.
В общем случае ЭИМ состоят из следующих основных элементов: реверсивного электродвигателя; редуктора, понижающего частоту вращения выходного вала; выходного элемента, передающего усилие или момент регулирующему органу; дополнительных устройств (концевых выключателей), обеспечивающих остановку исполнительного механизма в крайних положениях; устройств обратной связи для работы в системах автоматического регулирования или для дистанционного указания положения выходного элемента исполнительного механизма; штурвал ручного привода (некоторые модификации).
В зависимости от модификации ЭИМ в них используются двухфазные конденсаторные электродвигатели с полым ротором, обладающие хорошими динамическими качествами и допускающие длительную работу в застопоренном режиме при полном напряжении питания, а также трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (для исполнительных механизмов большой мощности).
В качестве устройства обратной связи применяют реостатные, индуктивные и ферродинамические преобразователи перемещения. Комплектуемые с некоторыми ЭИМ указатели положения выходного вала представляют собой стрелочные приборы со шкалой 0—100%. Наибольшее распространение в обогатительной промышленности получили ЭИМ типа МЭО и ИМ 2/120.


Рис. 1 Схема управления исполнительным механизмом ИМ 2/120
4
При разработке схемы управления ИМ необходимо предусматривать три режима работы: дистанционный (Д), выключено (0) и автоматический (А).
Выбор режима производится с помощью различного вида коммутационных устройств, например, универсального переключателя (УП), имеющего соответствующие 3 положения рукоятки переключения. Для чтения подобных схем необходимо усвоить, что контакты УП могут замыкаться только горизонтальными группами 1 - 2; 3 - 4 и 5 – 6, какая группа замкнута и в каком режиме показывает точка, расположенная на вертикальной оси. Например, в дистанционном режиме (Д) замыкаются группы контактов 1 – 2 и 5 -6 (рис. 1).
На схеме управления также показаны концевые выключатели (Кв1 и Кв2), обесточивающие питание двигателя в крайних положениях выходного вала, пусковые кнопки, работающие в дистанционном режиме, при этом следует учесть, что реверсирование вала двигателя осуществляется подачей напряжения на одну (кнопка П1) или другую (П2) обкладку фазосдвигающего конденсатора (С). Схема включает и контактные группы (Р1 и Р2), расположенные в регулирующем устройстве и управляющие исполнительным механизмом в автоматическом режиме (А). Для управления трехфазным исполнительным механизмом необходимо использование реверсивного магнитного пускателя.
Электрические исполнительные механизмы работают в комплекте с электрическими регуляторами и подразделяются на электродвигательные и электромагнитные (соленоидные).
Электродвигательные исполнительные меха­низмы делятся на многооборотные и однооборотные и со­стоят из электродвигателя, понижающего механического редук­тора, узлов блокировки и дистанционной передачи сигнала по­ложения регулирующего органа.
Схема дистанционного управления исполнительным механиз­мом включает кнопки дистанционного управления КО и КЗ, которыми отключаются и включаются обмотки катушек МП1 и МП2 реверсивного магнитного пускателя.
Для блокировки кнопок и электродвигателя служат контак­ты МП1-1 и МП2-1. Отключение электродвигателя в крайних положениях «Открыто» и «Закрыто» осуществляется кольцевыми выключателями с кон­тактами КВ1 и КВ2. Кноп­ка КС предназначена для остановки регулирующего органа в промежуточном положении в случае ложно­го срабатывания электро­двигателя. Сигнализация крайних положений регули­рующего органа осуществ­ляется лампами Л1 и Л2. При движении регулирую­щего органа обе лампочки горят.
Для защиты электродви­гателя от перегрузок в промежуточном и закрытом положениях регулирующего органа на исполнительном механизме устанав­ливают муфту крутящего момента с отключающим контактом КМ

. Контакты МП 1-2 и МП 2-2 служат для включения электро­двигателя исполнительного механизма. 5

Рис. 2 Схема дистанционного управления исполнительным механизмом.
Выключателем В схема подключается к сети трехфазного тока. При нажатии кнопки КО электрический ток проходит через катушку магнитного пускателя МП1, которая, втягивая якорь, замыкает контакты МП1-3 и размыкает контакты блокировки МП1-1, электродви­гатель ЭД открывает регулирующий орган (клапан).
При полностью открытом клапане срабатывает концевой выключатель и размыкает контакт КВ1, отключая МП1 и лам­почку Л, электродвигатель ЭД останавливается. При нажатии кнопки КЗ электрический ток проходит через катушку МП2, ко­торая втягивает якорь и замыкает контакты МП2 и размыкает контакты блокировки МП2-1. Электродвигатель ЭД закрывает клапан. В случае перегрузки электрическая цепь питания ка­тушки МП2 размыкается отключающим контактом КМ, а при полностью закрытом клапане катушку МП2отключает конце­вой выключатель контактами КВ2, лампочка Л2 гаснет.
Однооборотные исполнительные механизмы, имеющие угол поворота от 15 до 360°, выпускаются с контактным или бескон­тактным управлением. Контактное управление осуществляется с помощью релейных схем и ограничивает длительность работы исполнительного механизма. Бесконтактное управление обес­печивает работу исполнительного механизма в любом режиме, независимо от длительности и частоты включения.
6

1.2. Электромагнитные исполнительные механизмы.
Они работают в схемах двухпозиционного регулирова­ния и дистанционного управления, широко используются при автоматизации холодильных установок в качестве электромаг­нитных вентилей прямого действия с диаметром условного про­хода не более 10 мм и непрямого действия с диаметром услов­ного прохода 25—65 мм. Они состоят из электромагнита (соленоида) с возвратной пружиной, якорь которого управляет от­крытием и закрытием регулирующего органа.
Тяговое усилие, развиваемое электромагнитом соленоида, оп­ределяют по изменению энергии магнитной системы во время движения якоря.
Для увеличения тя­гового усилия необходимо увеличить сечение магнитопровода или число витков в обмотке электромагнита.
Электромагнитный исполнительный механизм с регулирую­щим органом называют электромагнитным вентилем. По конст­рукции электромагнитные вентили бывают прямого и непрямого действия. В электромагнитном вентиле прямого действия (рис. 3, а) при подаче напряжения Un питания в обмотку элек­тромагнита якорь втягивается, открывая клапан. Нормальная работа при открытии клапана обеспечивается.
В электромагнитном вентиле непрямого действия (рис. 3, б) электромагнитом открывается вспомогательный клапан.

a) б)
Рис. 3 Схемы электромагнитных вентилей:
а — прямого действия; б — непрямого действия;
1 — якорь;
2 — электромагнитная катуш­ка;
3 — корпус;
4 — основной клапан;
5 — вспомогательный клапан;
6 —канал подвода среды к вспомогательному клапану;
7
7 — седло клапана;
8 — калибровочное отверстие;
9 — пружина;
10 — мембрана.
При отсутствии напряжения якорь под действием собствен­ного веса опущен вниз и закрывает вспомогательный клапан. Основной клапан закрыт под действием пружины. При этом давление над мембраной равно входному, что обеспечивает­ся калиброванным отверстием в основном клапане. При подаче напряжения якорь втягивается в катушку, открывая вспомога­тельный клапан, и надмембранная полость через него соединя­ется с выходом.
Под действием силы при открытом вспомогательном клапане основной клапан открывается. При снятии напряжения Un ос­новной клапан закрывается.
1.3. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы.
Они подразделяются на поршневые и мембранные. ­

Рис. 4 Пневматические (гидравлические) исполнительные механизмы:
а — поршневой: 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — уплотнительные кольца; 4 — шток; 5 — возвратная пружина- 6 — крышки; 7 — уплотнения; 8 — шпильки; 9 — полость;
б — мем­бранный: 7 —фланцы; 2 —мембрана; 3 — возвратная пружина; 4 — шток; 5 — втулка с натяжной гайкой.
Поршневые в отличие от мембранных применяются при больших пе­ремещениях регулирующего органа.
Поршневой исполнительный механизм. Он состоит из цилиндра, поршня с уплотнительными кольцами и штоком, возвратной пружины и крышек с уплотнениями, стяну­тыми шпильками (рис. 4, а). Исполнительный
8
механизм, не имеющий возвратной пружины, где возврат поршня в исходное положение осуществляется подачей среды в противоположную полость называется двуходовым.
Мембранный исполнительный механизм. Он состоит из фланцев, мембраны, возвратной пружины, штока и натяжной гайки со втулкой (рис. 4, 6). При подаче давления в надмембранную полость мембрана прогибается, перемещая шток вниз, возврат штока в исходное положение осуществляет­ся под действием пружины.
Исполнительные механизмы постоянно совершенствуются на основе использования новых высокопрочных материалов, совре­менной технологии изготовления отдельных элементов, в резуль­тате уменьшаются их масса, габариты и повышается надеж­ность.

2. Регулирующие органы.

Регули­рующий орган предназначен для изменения расхода среды, энер­гии или каких-либо других параметров, обеспечивающих задан­ный режим работы объекта.
Наиболее широко в технологиче­ских процессах используют дроссельные регулирующие органы, которые управляют расходом среды путем изменения диаметра проходного сечения. К ним относятся регулирующие клапаны, заслонки и шиберы.
Условная пропускная способность жидкости в кубических метрах в час при максимальном (условном) хо­де затвора, который определяется типом регулирующего органа и диаметром присоединительных патрубков (условный про­ход). Зависимость пропускной способности регулирующего ор­гана от перемещения затвора при постоянном перепаде давле­ний называется пропускной характеристикой. В про­цессе работы перепад давлений на клапане меняется.
Регулирующие клапаны. Они предназначены для ре­гулирования расхода жидких пищевых продуктов, воды, пара, газа. Регулирующие клапаны выпускаются серийно. В зависимости от диаметра условного прохода и пе­репада давления на клапане используют одно- или двухседельные клапаны.
Односедельные клапаны требуют более мощный исполнительный механизм, так как на шток воздействует сила давления среды.
В двухседельном клапане сила, развиваемая ис­полнительным механизмом, затрачивается только на перемеще­ние регулирующего органа, независимо от давления и скорости протекания регулируемой среды