Тема 3.4 Исполнительные механизмы и регулирующие органы

Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующих органов в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих и управляющих устройств.

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.

Электрическим исполнительным механизмом в системах управления называют устройство, предназначенное для перемещения рабочего (регулирующего) органа в соответствии с сигналами, поступающими от управляющего устройства.

Регулирующими органами могут быть различного рода дроссельные заслонки, клапаны, задвижки, шиберы, способные производить изменение количества рабочего вещества, поступающего в объект управления. Перемещение рабочих (регулирующих)органов может быть как поступательным, так и вращательным в пределах одного или нескольких оборотов.	Рис. 78. Электрический исполнительный механизм
Так исполнительный механизм с помощью рабочего (регулирующего) органа осуществляет непосредственное воздействие на управляемый объект.

Электрический исполнительный механизм состоит из электропривода, редуктора, узла обратной связи, датчика указателя положения выходного элемента и конечных выключателей.

В качестве электропривода в исполнительных механизмах используются либо электромагниты, либо электродвигатели с понижающим редуктором для снижения скорости перемещения выходного элемента до величины, обеспечивающей возможность непосредственного соединения этого элемента (вала или штока) с рабочим органом.

С помощью конечных выключателей производится отключение электропривода исполнительного механизма при достижении рабочим (регулирующим) органом своих конечных положений во избежание возможных повреждений механических звеньев.

Электродвигательные исполнительные механизмы состоят из двигателя, редуктора и тормоза. Сигнал управления поступает одновременно к двигателю и тормозу, механизм растормаживается и двигатель приводит в движение выходной орган.

При исчезновении сигнала двигатель выключается, а тормоз останавливает механизм. Простота схемы, малое число элементов, участвующих в формировании регулирующего воздействия, и высокие эксплуатационные свойства сделали исполнительные механизмы с управляемыми двигателями основой для создания исполнительных устройств современных промышленных систем автоматического регулирования.

Исполнительные механизмы с управляемыми двигателями, в свою очередь, можно разделить по способу построения системы управления на механизмы с контактным и бесконтактным управлением.

Включение, отключение и реверсирование электродвигателей исполнительных механизмов с контактным управлением производится с помощью различной релейной или контактной аппаратуры. Это определяет основную отличительную особенность исполнительных механизмов с контактным управлением: у таких механизмов скорость выходного органа не зависит от величины управляющего сигнала, подаваемого на вход исполнительного устройства, а направление перемещения определяется знаком (или фазой) этого сигнала. Поэтому исполнительные механизмы с контактным управлением относят к исполнительным устройствам с постоянной скоростью перемещения рабочего органа.

Для получения средней переменной скорости перемещения выходного органа исполнительного механизма при контактном управлении широко используется импульсный режим работы его электродвигателя.

В большинстве исполнительных механизмов, предназначенных для работы в схемах с контактным управлением, используются реверсивные электродвигатели.

Бесконтактные электрические исполнительные механизмы отличаются повышенной надежностью, что позволяет относительно просто получать как постоянную, так и переменную скорость перемещения выходного органа. Для бесконтактного управления исполнительными механизмами используются электронные, магнитные или полупроводниковые усилители, а также их сочетания. При работе управляющих усилителей в релейном режиме скорость перемещения выходного органа исполнительных механизмов постоянна.

Как электрические исполнительные механизмы с контактным управлением, так и бесконтактные также можно подразделять по назначению: с вращательным движением выходного вала — однооборотные; с вращательным движением выходного вала — многооборотные; с поступательным движением выходного вала — прямоходные.

Выходной вал однооборотных исполнительных механизмов может вращаться в пределах одного полного оборота. Такие механизмы характеризуются величиной крутящего момента на выходном валу и временем его полного оборота. В отличие от однооборотных многооборотные механизмы, выходной вал которых может осуществлять перемещение в пределах нескольких, иногда значительного количества, оборотов, характеризуются также полным числом

Рис. 79. Электрический исполнительный механизм

оборотов выходного вала.

Прямоходные исполнительные механизмы имеют поступательное движение выходного штока и оцениваются усилием на штоке, величиной полного хода штока, временем его перемещения на участке полного хода, а также по скорости движения выходного органа в оборотах в минуту для однооборотных и многооборотных и в миллиметрах в секунду для прямоходных механизмов.

Конструкция исполнительных механизмов позиционного действия такова, что с их помощью рабочие органы можно устанавливать только в определенные фиксированные положения. Чаще всего таких положений бывает два: «открыто» и «закрыто».

Исполнительные механизмы пропорционального действия конструктивно таковы, что обеспечивают в заданных пределах установку рабочего органа в любое промежуточное положение в зависимости от величины и длительности управляющего сигнала.

ВНЕШНИЙ ВИД	НАИМЕНОВАНИЕ	ПРИНЦИП РАБОТЫ	НАЗНАЧЕНИЕ
	Механизм электрический исполнительный однооборотный МЭО	Преобразование электрического командного сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройство во вращательное перемещение выходного вала	Механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств
	Механизм электрический исполнительный многооборотный МЭМ	Преобразование электрического командного сигнала во вращательное перемещение выходного органа механизма.	Механизмы электрические исполнительные многооборотные предназначены для перемещения регулирующих и запорных органов самотормозящейся запорно-регулирующей арматуры в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих или исполнительных устройств

Механизм исполнительный электрический прямоходный МЭП

МЭП - преобразование электрического сигнала, поступающего от регулирующего органа в возвратно-поступательное перемещение выходного штока.

Механизмы предназначены для привода запорно-регулирующей арматуры в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих и управляющих устройств.

Рис. 80. Механизмы исполнительные электрические

Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы используют энергию сжатого воздуха и минеральных масел (несжимаемой жидкости ). Их подразделяют на самостоятельные и на работающие совместно с усилителями. Принцип действия этих двух видов механизмов схож между собой.

К самостоятельным механизмам относят цилиндры с поршнем и штоком одно- и двустороннего действия.

По виду используемой энергии исполнительные ме­ханизмы делятся на пневматические, гидравлические и электрические.

Пневматические исполнительные механиз­мы бывают мембранными и поршневыми.

Мембранный исполнительный меха­низм состоит из корпуса головки 1, мем­браны из прорезиненной ткани 2, металлического дис­ка 3, штока. 4, жестко соединенного с диском, и пружи­ны 5.

1 – корпус головки, 2 – мембрана, 3 – диск, 4 – шток, 5 – пружина

1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 - шток

Рис. 81. Схема мембранного и поршневого исполнительных механизмов

При отключении регулируемой величины от заданно­го значения давление воздуха Р, поступающего от пнев­матического регулятора в полость над мембраной и дис­ком, изменяется. Шток перемещается либо вниз (при уве­личении давления), либо вверх (при уменьшении дав­ления). Шток, связанный с регулирующим органом (РО) непосредственно или через рычаг, перемещает его в новое положение.

В тех случаях, когда мембранный исполнительный механизм предназначен для управления регулирующим клапаном, их конструктивно объединяют.

Схема мембранного исполнительного механизма (МИМа) показана на рис. 82.

Перемещение выходного штока 2, соединенного с регулирующим органом, в одну сторону осуществляется силой, которая создается давлением Р, в другую — усилием пружины 3.

Сигнал Р поступает в герметичную мембранную «головку», в которой находится мембрана из прорезиненной ткани толщиной 2-4 мм с жестким центром.

Снизу на мембрану давит пружина 3. В мембранных исполнительных механизмах давление управляющего воздуха воздействует на мембрану 4, зажатую по периметру между крышками привода, и создает усилие, которое уравнивается пружиной 3.

Таким образом, ход штока 2 привода пропорционален величине управляющего давления. Жесткость и предварительное сжатие пружины определяет диапазон усилий привода и номинальный ход.

Мембранные исполнительные механизмы классифицируют, по размерам мембранных «головок». МИМы поставляются обычно совместно с регулирующими органами — клапанами. Так как при снятии давления Р мембрана всегда перемещается вверх, то в зависимости от конструкции регулирующего органа различают нормально открытые НО и нормально закрытые НЗ клапаны.

Рис. 82. Схема мембранного исполнительного механизма, установленного на регулирующем клапане: 1 - регулирующий орган; 2 - шток; 3 - пружина; 4 - мембрана;

Рис. 83. Мембранные исполнительные механизмы, устанавливаемые на регулирующих клапанах

Рис. 84. Схема пневматического мембранного исполнительного механизма а) – односедельный; б) – двухседельный

Принцип действия мембранного исполнительного механизма заключается в том, что под действием давления воздуха Р, подаваемого на мембранный механизм сверху, шток, преодолевая противодействие пружины, изменяет положение затвора, тем самым изменяя проходное сечение клапана. Степень открытия сечения клапана пропорциональна давлению воздуха Р, подаваемого на мембранный механизм. По своей конструкции подобные клапаны выпускают двух типов: одно – и двухседельные.

Односедельные клапаны имеют одностороннее действие давления среды. Оно выражается в "затягивании" или "отжатии" самого седла при изменении направления движения среды через регулирующий орган. Такой эффект является нежелательным, так как нарушает процесс регулирования. Для устранения этого используют двухседельный клапан, которые считаются разгруженными.

Поршневой исполнительный механизм (рис. 81 ) со­стоит из цилиндра 1 с поршнем 2, шток которого 3 сое­диняется с регулирующим органом (РО). В зависимости от того, в какую полость цилиндра (А или Б) будет поступать управляющий си­гнал от регулятора, поршень со штоком будет пе­ремещаться либо вправо, либо влево.

Пневматические средства управления и регулирования удовлетворяют самым жёстким требованиям пожаро - и взрывобезопасности, могут работать в системах газоснабжения и применяются для автоматизации производственных процессов

Пневматические исполнительные механизмы предназначены для преобразования изменений давления воздуха на выходе регулятора в перемещение регулирующего органа — клапана, заслонки, шибера, крана. Регулирующий орган изменяет расход потока жидкости, газа, пара на объекте управления и тем самым вызывает изменение регулируемого технологического параметра.

Поршневые пневматические приводы (ППП) применяют в тех случаях, когда требуется линейное перемещение штока исполнительного механизма на большое расстояние – до 300 мм.

Рис. 85. Схема поршневого пневматического привода

Схема поршневого пневматического привода представлена на рис. 85. Механизм поршневого пневматического привода состоит из: закрепленного на кронштейне 1 цилиндра 2 с размещенным внутри поршнем 3, жестко соединенным со штоком привода 4, и нескольких пружин 5, ориентированных относительно поршня в зависимости от исполнения привода (нормально открытый НО или нормально закрытый НЗ). Внутренняя поверхность цилиндра имеет антифрикционное покрытие. Пневматический входной сигнал от управляющего устройства поступает в рабочую полость и воздействует на поршень. При этом пружины противодействуют усилию, создаваемому давлением

сжатого воздуха, вследствие чего шток перемещается на величину, обратно пропорциональную жесткости пружин.

Дата добавления: 2015-07-25