Содержание к диссертации
ВВВДЕНИЕ ^
ГЛАВА ПЕРВАЯ. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕГУЛИ
РУЮЩИХ УСТРОЙСТВ С ДИШРЕНЦИАЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
В КАЧЕСТВЕ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА Ю
Состояние вопроса 10
Обзор литературы. . . .' ^
Постановка задачи 37
ГЛАВА ВТОРАЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИ
ЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ С
ПЛАВАЮЩИМ ДИСКОМ 35
Описание принципиальной схемы и принципа действия регулирующего устройства с плавающим диском ... 58
Экспериментальная установка 39
Испытания модели с поступательным перемещением
диска *Н
Экспериментальные исследования модели4 с односторонним перемещением диска. Методика обработки результатов испытаний 50
Определение коэффициента гидравлического сопротивления и коэффициента расхода регулирующего устройства 60
Определение подъемной силы диска в 8
Определение коэффициентов расхода зазора и дросселя 92,
ВЫВОДЫ 97
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ
И ДАВЛЕНИЙ ПОТОКА НА ПЛОСКОСТЯХ ДИСКА. ИССЛЕДО
ВАНИЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 98
Цели и задачи исследования 98
Сравнительный анализ" известных численных методов 99
3.3. Основные положения методики расчета потока в про
точной части регулирующего устройства 403
Задание граничных условий 40
Применение метода КЭ для расчета потенциального
поля W9
Функции формы элемента И<2
Дискретизация на отдельные элементы 447
3.5.1. Вычисление компонентов матриц ИКИ тл (L)e . . . ^
3.6. Алгоритм расчета потока в проточной части регули
рующего устройства 12И
3.7. Описание расчетов 126
ВЫВОДЫ №9
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
РЕГУЛИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА '34
Дифференциальное уравнение движения диска .... 434
Экспериментальное определение динамической характеристики диска №'
ВЫВОДЫ 446
ГЛАВА ПЯТАЯ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И МЕТОДИКА
РАСЧЕТА РЕГУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ W
Общие замечания W
Определение основных параметров регулирующего устройства №
Гидравлический расчет \Ц&
Определение основных размеров регулирующего устройства 15>
Расчет привода 159
ГЛАВА ШЕСТАЯ. ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ /63
6.1. Внедрение, экономическая эффективность применения
и некоторые направления в развитии дисковых
регулирующих устройств 463
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ '76
ЛИТЕРА1УРА ^7
ПРИЛОЖЕНИЯ: МЬ
Приложение I. Описание алгоритма комплекса программ
расчета течения с помощью метода конеч
ных элементов lot
Приложение 2. Комплекс программ для расчета проточной
части дискового регулирующего устройст
ва 198
Приложение 3. Акт о внедрении результатов работы . . 2.19
Введение к работе
Интенсивное развитие комплекса отраслей, создающих техническую базу для автоматизации производства и управления, а также обострение проблемы экономии материальных и энергетических ресурсов обусловило возрастающую потребность в регулирующей и запорной арматуре для технологических линий и систем управления. Это вызвало быстрое развитие арматурной промышленности, которая, не успевая удовлетворять спрос народного хозяйства, ищет возможности создания новых регулирующих устройств, способных не только заменить старые, но и качественно превзойти их.
С увеличением удельного веса регулирующих устройств в оборудовании промышленных предприятий и с усложнением их функций изменяются требования, предъявляемые к этим устройствам со стороны потребителей. Особое внимание обращается на надежность, компактность, простоту обслуживания, стоимость и максимальную унификацию регулирующих устройств между собой.
Среди выпускаемой арматуры большой удельный вес имеют приборы и устройства, работающие без использования постороннего источника энергии. Высокая надежность, низкая стоимость, работа без высококвалифицированного обслуживания, простота наладки, монтажа и высокие метрологические характеристики таких регуляторов способствуют росту потребности в них в самых различных отраслях народного хозяйства. Среди этих приборов наиболее распространены устройства, осуществляющие непрерывные законы регулирования. Это регуляторы температуры, расхода, давления, уровня и т.д., которые стабилизируют регулируемые параметры путем дросселирования потока жидкости.
Основными потребителями регуляторов прямого действия являются газовая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая промышленности, дизелестроение, коммунальное хозяйство, строительство и др.
Увеличение добычи и транспортирования газа вызвало увеличение диаметров магистральных газопроводов, что, в свою очередь, вызвало потребность в регуляторах давления газа с большими диаметрами условного прохода. 35 % добываемого в стране твердого топлива расходуется в настоящее время на отопительные нужды. Для снижения потребления в отопительных установках твердых видов топлива и мазута, существенно загрязняющих атмосферу, рекомендовано увеличить подвод к городам и поселкам природного газа, увеличить количество и номенклатуру газовых аппаратов, что влечет за собой увеличение потребности в регуляторах среднего и низкого давления газа.
СССР занимает первое место в мире по масштабам развития теплофикации. Потребление тепла в СССР каждые 15 лет удваивается. Учитывая, что при установке регуляторов температуры в системах теплофикации расход тепловой энергии сокращается более, чем на 20 % [46] , Госстроем СССР намечено повсеместно автоматизировать абонентские вводы. Поэтому потребность в регуляторах температуры для абонентских вводов возрастает в десятки раз.
В связи с высокими темпами развития дизелестроения и автомобильной промышленности потребность в регуляторах прямого действия для этих отраслей возросла за последние 3 года в 2 раза [69] .
Придавая большое значение вопросам повышения эффективности использования, надежности и качества регуляторов ЦК КПСС и СМ СССР приняли Постановления № 302-104 от 14.04.75 г., включающее разработку новых видов регуляторов с повышенным ресурсом. Приказом № 0074 от 19 ноября 1979 г. ряд работ по созданию новых видов регуляторов включены в план важнейших работ Минприбора. Эти обстоятельства обуславливают актуальность научных работ, направленных на дальнейшее развитие регуляторов прямого действия и исполнительных механизмов к ним.
Исходя из прогнозов развития отраслей потребителей, намечены
основные направления научно-технического развития средств автоматизации, работающих без использования постороннего источника энергии:
построение приборов на основе унифицированных типовых узлов, обеспечивающих общую технологическую базу и взаимозаменяемость;
модернизация устаревших конструкций;
расширение области применения приборов (расширение диапазона регулирования, повышение рабочих давлений, температуры регулируемой и регулирующей сред, повышение надежности);
исследование и создание принципиально новых приборов.
Эти повышенные требования к автоматическим регуляторам привели к необходимости тщательного анализа возможных путей их развития. Одним из таких перспективных направлений оказалось использование в качестве регулирующего элемента плавающего диска.
Известно, что изменение параметров технологической среды осуществляется регулирующим органом, в качестве которого используются заслонки, клапаны, шиберы, золотники и т.д. Ввиду больших гидродинамических сил, воздействующих на регулирующий орган со стороны технической среды, для его перемещения используется жестко связанный с ним привод, который является промежуточным звеном между чувствительным элементом и регулирующим органом. Причем, при увеличении гидродинамических сил, воздействующих на регулирующий орган со стороны технологической среды, увеличивается и необходимая для его перемещения мощность.
Наличие жестких связей между приводом и регулирующим органом ставит ряд технологических трудностей, связанных с наличием трущихся поверхностей в направляющих регулирующего органа, и требует дополнительных источников питания для привода.
Использование плавающего диска в качестве регулирующего ор-
гана позволяет изменить схему построения регулятора, исключить жесткие связи между приводом и регулирующим органом и осуществить управляющее воздействие привода на регулирующий орган через технологический поток.
В настоящей работе рассматриваются результаты исследований, проведенных автором в процессе создания гидравлических регулирующих устройств с плавающим диском для регуляторов прямого действия.
На основе экспериментальных исследований выявлен характер распределения давлений на плоскостях диска, найдены зависимости, определяющие его гидравлические характеристики, и определены оптимальные геометрические соотношения дискового устройства.
Теоретические исследования послужили основой для разработки методики расчета и проектирования устройств.
Весь объем работы распределен по главам следующим образом.
В главе I дан обзор и анализ состояния гидравлических регулирующих устройств с дифференциальными элементами в качестве регулирующего органа, которые послужили преообразом рассматриваемого устройства, а также дан обзор литературы по методам их расчета.
В главе П изложены результаты экспериментального исследования гидравлических характеристик четырех вариантов моделей регулирующего устройства, выявлены параметры, влияющие на подъемную силу диска, и выведено уравнение статической характеристики устройства.
В главе Ш дан сравнительный анализ существующих численных методов расчета пространственных и плоских потоков жидкости в каналах са сложными криволинейными границами, выбран метод расчета и проведены теоретические исследования основных параметров дискового регулирующего устройства. Произведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов.
В главе ІУ приведен вывод дифференциального уравнения движения диска, определен вид переходного процесса и приведены резуль-
-s-
таты экспериментальных исследований динамических свойств дискового устройства.
В главе У приведены рекомендации по проектированию и методика инженерного расчета дисковых регулирующих устройств.
В главе УІ приведены данные о внедрении в производство и экономической эффективности результатов исследования.
