Розробка системи стабілізації кутової швидкості парової турбіни

Міністерство  освіти та науки України

Криворізький  технічний університет

Кафедра інформатики, автоматики та систем управління 
 
 
 
 

Курсова робота

З курсу  “ТАУ”

На тему: “Розробка системи стабілізації кутової швидкості парової турбіни” 
 
 
 
 

Виконав : студент гр. СУА-02-1

Лагута  Н. Ю.

Прийняв доцент каф ІАСУ

Чубаров В.А. ____________

_______      ______________

оцінка       дата 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

м. Кривий Ріг.

2005

Содержание.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Описание принципа работы схемы

     Задача состоит в том, чтобы поддерживать постоянное давление в баке, то есть Р=const. Если же давление в баке не то которое нам надо, то в этом случае срабатывает обратная связь, манометрическая труба или сгибается или разгибается в следствии чего пневматический усилитель соответственно влияет на мембранный датчик который в свою очередь механически действует на струйный преобразователь и поршневой сервопривод , который в свою очередь соответственно или закрывает или открывает подачу газа в бак. Таким вот образом мы поддерживаем требуемый нам уровень давления в баке.

Описание принципа работы отдельных элементов схемы.

 

Рычаг. Кинематическая схема приведена на Рис. 6

Дифференциальное  уравнение:  
Передаточная функция:  
Рычаг является  без инерционным звеном. 

Статическая характеристика:  , является линейной зависимостью. 
 

Клапан.  Представляет собой сумматор, на вход которого подается задающая степень открытости клапана в долях от нормальной(F₀) - и степень закрытости клапана в долях от нормальной(F₀) , которая вызвана обратной связью - (Рис. 7).

Дифференциальное  уравнение:

 
Передаточная функция:  

Математическое  описание объекта управления(ресивер).

      На входе  ресивера установлена заслонка с  сечением F₁. Газ под давлением р₁, большим критического, поступает через сечение F₁ в ресивер объема V, где устанавливается давление р. Следовательно истечение через сечение F₁ будет сверхкритическим. Газ под давлением р₂, меньшим критического, поступает к потребителю. В этом случае газ является докритическим.

      Входной величиной дифференциального уравнения является  изменение сечения F₁: . Выходной величиной является изменение давления: .

Дифференциальное  уравнение: ,

где , , , , , , V – объем ресивера, R – постоянная Клапейрона, Т_g – абсолютная температура газа, μ – коэффициент расхода через сечение F₁, k_g – показатель адиабаты газа, G₀ – весовой расход газа, ρ – степень самовыравнивания объекта.

Передаточная  функция: , ресивер представляет собой апериодическое звено.

Статическая характеристика: , является линейной зависимостью изменения давления от изменение сечения F₁. 

Струйный  преобразователь. Если струйная трубка размещена вертикально, то рабочие тело под давлением разделяется равномерно между левой и правой выходными трубками, поэтому р1=р2(Рис. 3). Если же струйную трубку немного повернуть вокруг точки О по часовой стрелке, то давление р1 станет больше ,чем р2; при вращении струйной трубки против часовой стрелки буде р2 больше чем р1. Разница между давлениями стает заметной при очень маленьких перемещениях свободного конца струйной трубки. Струйный преобразователь бывает гидравлический и пневматический.  

Поршневой сервопривод. Если давление от рабочей жидкости на поршень сверху и снизу одинаково, то поршень находиться в равновесии(Рис. 4). Если же давление сверху или снизу стает большим то поршень перемещается в сторону соответствующую выравниванию давления.

 
 
 

 
 

Усилитель с  струйной трубкой и сервопривод  можно рассматривать  как одну систему.

Действие гидравлического  усилителя со струйной трубкой основано на преобразовании кинетической энергии  быстродействующей струи жидкости в потенциальную энергию давления. В струйную трубку подается рабочая жидкость под давлением (4·105 - 1·106) Н/м2 и с постоянным расходом (5·10-5 – 1,5·10-4) м3/с. На выходе трубки есть сопло диаметром (1-2)·10-3  м, через которое струя жидкости вытекает со скоростью 30-50 м/с. При симметричном расположении струйной трубки относительно каналов приемного устройства давление в них будет одинаковым, и поршень исполнительного механизма остаеться неподвижным.

Входной величиной  в усилители данного типа является перемещение сопла (xвх), а выходной – перемещение поршня исполнительного элемента (xвих).  
Дифференциальное уравнение:  
Передаточная функция:: 

Тут та Т – коэффициент передачи и постоянная времени:

               

де  - общая масса поршня и золотника, кг; -рабочая площадь поршня, м2; -площадь приемного сопла, м2; -скорость струи, которая вытекает из сопла, м/с; -плотность жидкость, кг/м3; -коэффициент изменения площади перекрытия; -площадь перекрытия, м2.

            Пневматичні посилювачі.

    У пневматичних посилювачах в якості джерела допоміжной енергії використовується стиснине повітря. Керуючим елементом служать струйні трубки, сопла з рухомими заслонками та золотники; виконавчими органами можуть бути мембрани або поршні.

    В останні роки з’явились нові види пневматичних посилювачів з підвішаним у струмені повітря металевими заслонками (шариками, плунжерами), а також струйні розповсюджувачі. В системах пневмоавтоматики застосовуються два види пневмопосилювачів – з двома та чотирьма входами.

    В динамічному відношення пневматичні посилювачі подібні гідравлічним, якщо не враховуючи стиснення газу. Таке припущення справедливе при повільно змінюючих сигналах та невеликих навантаженнях. Завдяки меньшій масі робочого тіла –повітря – постійна часу пневмопосилювачів менше, ніж гідравлічних.

    В пневмопосилювачі типу “сопло-заслонка” (рис.9) вхідною величиною є переміщення  заслонки, а вихідною – тиск повітря. Постійна часу

     підраховується  за формулою:

      

де  -об’єм міждросельної камери, м³; -газова постійна, Дж/(кг·К); -абсолютна температура повітря, ºС; -коефіцієнти витрат дроселів Др1 та Др2, м/с.

Коефіцієнт  передачі: 

де Р₁-тиск повітря на виході посилювача, Н/м²; -прохідний перетин нерегулюємого дроселя, м²; -діаметр нерегулюємого дроселя, м; - прохідний перетин керуючого дроселя (сопла) у стані рівноваги, м²; -діаметр сопла, м; -відстань між зрізами сопла та заслонкою у стані рівноваги, м; -коефіцієнти опорів дроселів Др1 та Др2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ГВМ мембранного типу

      (рис.14).

    Передаточна функція:

 

Коефіцієнт  передачі та постійна часу мають такі значення:

         

де  -внутрішний діаметр трубки гідропроводу, м; -повна довжина гідропроводу, м; -динамічна маса всіх рухомих елементів, включая масу рідини в ГВМ та масу навантаження, кг; -діаметр мембрани, м. 
 

Манометрический преобразователь (трубка)

Его передаточная функция имеет вид

Критерий  управления системы.

Критерием управления системы является поддержания постоянного давления в ресивере – . 

Рис. 9. Функциональная схема. 
 
 
 
 
 
 

Значение  коэффициентов и постоянных времени передаточных функций устройств 
 

       

     трубка

     

      мембрана 

                      

      струйный  преобразователь 

     

Анализ  системы.

Передаточные  функции системы  в замкнутом и разомкнутом состоянии:

 

объекта управления

       

трубки

       

мембранного датчика

       

струйного преобразователя

       

обратной  связи

       

замкнутой системы

       
 
 
 
 
 
 

разомкнутой системы

       

Расчет  временных характеристик 

( переходной и импульсной  переходной функций):

Переходной  функцией h(t) называют изменение выходной величины во времени, возникающие после подачи на вход единичного ступенчатого воздействия, при нулевых начальных условиях.

В данной системе  выходным сигналом является изменение  давления на выходе ресивера. Эта величина по завершению переходного процесса должна стремиться к 0. Чтобы получить в качестве выходной величины значение давления необходимо проинтегрировать переходную функцию(умножить ее изображение по Лапласу на ).

Переходная  функция системы

 
 
 

 
Импульсная  функция системы

Расчет  частотных характеристик.

Частотные характеристики описывают  передаточные свойства элементов и систем в режиме установившихся гармонических колебаний , вызванных внешним  гармоническим воздействием.

Зависимость отношения амплитуд выходного и входного сигнала от частоты называют амплитудной частотной характеристикой.

АЧХ системы: 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Зависимость фазового сдвига между  входным и выходным сигналами от частоты  называют фазовой частотной характеристикой.

ФЧХ системы: 

  
 
 
 

Амплитудно-фазовая  частотная характеристика представляет собой  функцию комплексного переменного, модуль которой равен A(w), а аргумент равен .