Расчет параметров исполнительного устройства с учетом влияния трубопровода

Расчет перестановочного усилия для перемещения затвора регулирующего органа, гидравлического сопротивления технологического трубопровода. Схема управления пневматическим поршневым исполнительным механизмом. Выбор исполнительного устройства и насоса.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА

1. Исходные данные:

Часть 1

Тип и исполнительного механизма: ;

Диаметр номинальный: ;

Давление номинальное: ;

Перепад давления: ;

Уплотнение на плунжере: металл по металлу;

Сальниковая набивка: фторопласт Ф4;

Детали затвора: сталь 20Х13.

Часть 2

Среда: вода техническая;

Температура регулируемой среды: ;

Кинематическая вязкость: ;

Плотность регулируемой среды при температуре t: ;

Длины прямых участков трубопровода: , , ,,

, , , , , , , , ;

Диаметры трубопровода: , , ;

Высота слоя жидкости: .

Часть 4

Регулируемая среда: сернистый ангидрид жидкий (SO₂);

Максимальный объемный расход: ;

Диаметр технологического трубопровода ;

Давление до рабочего органа: ;

Давление после рабочего органа: ;

Температура регулируемой среды: ;

Плотность регулируемой среды при температуре t: ;

Кинематическая вязкость: ;

Коэффициент запаса: .

2. Перечень вопросов, которые должны быть отражены в пояснительной записке

Часть 1

1. Рассчитать перестановочное усилие, необходимое для перемещение затвора регулирующего органа.

Часть 2

1. Рассчитать критерий Рейнольдса для каждого диаметра трубопровода и определить режим движения среды.

2. Определить гидравлическое сопротивление технологического трубопровода.

Часть 3

1. Составить пневматическую схему управления пневматическим поршневым исполнительным механизмом двухстороннего действия с двухсторонним штоком, которая позволит осуществить следующие функциональные возможности:

- работа привода при прямом и обратном ходе поршня при одинаковой скорости в толчковом режиме;

- автоматическое торможение (снижение скорости) в конце прямого хода.

Часть 4

1. Рассчитать и выбрать исполнительное устройство:

- определить максимальную расчетную пропускную способность исполнительного механизма;

- предварительный выбор исполнительного устройства;

- проверить возможность возникновения кавитации;

Часть 5

1. Выбор насоса

3. Рекомендуемая литература

1. Патрикеев В.Г., Сербулов Ю.С. Специальные исполнительные устройства химической промышленности. Учебное пособие. Воронеж: Изд-во, 1982, - 252 с.

2. Драчев В.А., Драчева О.В. Исполнительные устройства автоматизации: Практикум для студентов специальности 210200 всех форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 2004. - 68 с.

Реферат

В данной курсовой работе представлен расчет перестановочного усилия, необходимого для перемещения затвора регулирующего органа, определено гидравлического сопротивления технологического трубопровода, составлена пневматическая схема управления пневматическим поршневым исполнительным механизмом, произведен расчет и выбор исполнительного устройства и выбор насоса.

Курсовая работа содержит пояснительную записку из 36 страниц текста, 9 рисунков, 4 литературных источника, 11 таблиц.

Введение

Исполнительные устройства (ИУ) представляют собой обширную группу изделий, образующих четвёртую функциональную группу Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) и предназначены для воздействия на параметры технологических процессов в соответствии с получаемой от автоматического регулятора командной информации.

1. Расчет перестановочного усилия, необходимого для перемещения затвора регулирующего органа

При обтекании потоком жидких и газообразных сред подвижных элементов различных гидравлических регулирующих устройств возникают значительные неуравновешенные гидростатические и гидродинамические силы. Значение и направление этих сил в общем случае зависит как от геометрии и размеров подвижного обтекаемого элемента и ограждающих его поверхностей, так и от режимов движения среды и ее физических свойств.

Для рационального конструирования РО, механического расчета затвора и штока, а также для выбора типа и мощности исполнительного механизма (ИМ) необходимо иметь данные о величине и направлении этих сил при различных степенях открытия, перепадах давлений и различных режимах движения среды.

Перестановочное усилие, необходимое для перемещения затвора РО, характеризуется следующим выражением (1):

, (1)

где n - коэффициент запаса, учитывающий массу подвижных деталей (n=1,2?1,3), n=1,3;

N_C - усилие статической неуравновешенности, кгс;

N_Д - усилие динамической неуравновешенности, кгс;

N_Ш - усилие давления среды на шток, кгс;

N_ТР - сила трения в сальнике и направляющих, кгс;

N_Г - усилие необходимое для создания герметичности, кгс.

1.1 Определение усилия статической неуравновешенности затвора

Усилие N_C для односедельных РО определяют по зависимости (2):

, (2)

где - допустимый перепад давления на РО, = 16 кгс/см²;

- неуравновешенная площадь затвора определяется по формуле (3):

, (3)

где D_з - наружный диаметр затвора, D_з=6,63 см;

d_ш - диаметр штока, d_ш=1,77 см;

см²,

кгс.

1.2 Определение усилия динамической неуравновешенности затвора

Усилие N_Д для тарельчатого затвора с плоской опорной поверхностью приближенно определяем по формуле (4):

, (4)

где v_ср - средняя скорость прохода среды, v_ср=1.5 м/с;

с - плотность среды, с=988 кг/м³;

b - ширина опорной поверхности (), b=0.005 м;

F_c - площадь прохода седла (), F_c=0,00196 м²;

q - ускорение свободного падения, q=10 м²/с;

S - фактический ход затвора РО, для определения S воспользуемся конструктивной характеристикой f:

, f = 1,

следовательно ;

кгс.

1.3 Определение усилия давления рабочей среды на шток затвора

Определяем усилие N_ш по формуле (5):

, (5)

где d_ш - диаметр штока, d_ш=1,77 см;

р - максимальное давление в штоковой полости, р=16 кгс/см²;

кгс.

1.4 Определение усилия трения в уплотнительном узле и направляющих

В данном случае применяется сальниковое уплотнение, следовательно силу трения штока о набивку можно определить по формуле (6):

, (6)

где q_тр - коэффициент трения на единицу уплотнительной поверхности, образуемой штоком и набивкой, q_тр=0,05 кгс/см²;

d_ш - диаметр штока, d_ш=1,77 см;

h_с - высота сальниковой набивки, h_с=6,58 см;

см.

1.5 Определение усилия, необходимого для создания герметичности затвора

Для затворов с плоской опорной поверхностью усилие N_Г определим по формуле (7):

, (7)

где D_ср - средний диаметр опорной поверхности, D_ср=5 см;

р_мах - максимальное рабочее давление среды, р_мах=16 кгс/см²;

b - ширина опорной поверхности (), b=0.5 см;

q_уп - удельное давление на опорной поверхности, кгс/см²,

Величина удельного давления на опорную поверхность определяется по формуле (8):

, (8)

где m - коэффициент, зависящий от свойств среды: для жидкостей (кроме бензина и керосина) m=1;

C_П - постоянный коэффициент, значение которого зависит от материала запирающей поверхности затвора, C_П=35;

R_П - постоянный коэффициент, значение которого зависит от материала запирающей поверхности затвора, R_П=1;

кгс/см²;

кгс.

Определим перестановочное усилие, необходимое для перемещения затвора РО по формуле (1):

кгс.

трубопровод затвор устройство насос

2. Расчет критерия Рейнольдса и определение режима движения среды