Божок А.М.

Подільський державний аграрно-технічний університет

ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ПРЯМОЇ ДІЇ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

Серійні терморегулятори (ТР) енергетичних установок (ЕУ) містять термобалон, сполучений капіляром з сильфоном регулюючого органу (РО) [1]. Оснащені тільки функціонально необхідними елементами вони мають низькі динамічні показники обумовлені інерційним тепловим запізненням, а також формуванням регулюючого сигналу пропорціональному відхиленню температури Це понижує точність підтримування заданого температурного режиму і вихідні техніко-економічні показники ЕУ.У зв’язку з цим пропонується ТР, який формує і подає на РО сигнали пропорційні не тільки відхиленню температури, але й додаткові регулюючі сигнали пропорційні швидкості (першій похідній) і прискоренню (другій похідній) її відхилення.

рис.1 Принципова схема терморегулятора прямої дії:

1,4,9,10,16,20,24,27 – фланці; 2,3,6,7,17,19,26 – сильфони; 5,30 – тяги; 8,23 – дроселі; 11,21,22 – капіляри; 12- маховичок; 13,18, 25 – напрямні; 14 – втулка; 15 – пружина; 28 – муфта; 29 – вихідний шток; 31 – підсумовуючий важіль; 32 – регулюючий орган.

Технічно ТР може бути реалізований на базі серійного [1] із залученням двох блоків у вигляді окремих приставок. Перший блок містить гідромеханічний диференціатор з сильфонами 2,3,6,7, які з фланцями 1,4,9,10 утворюють порожнини "а", "в", "с". Порожнина "а" заповнена середовищем, коефіцієнт теплопровідності якої значно менший від коефіцієнта теплопровідності матеріалу стінок сильфонів, а порожнина "в" розділена фланцями 4 на дві частини, які сполучені між собою через регульований дросель 8.

Другий блок складається з сильфонів 17, 19, які зв’язані фланцями 20, 24 і утворюють порожнини "d", "е", сполучені між собою через регульований дросель 23, а капілярами 11, 21, 22 – з порожниною "с" першого блоку.

Підсумовування регулюючих сигналів у першому блоці виконується за допомогою сильфона 7, фланець 9 якого тягою 5 з’єднаний з фланцем 4, а у другому блоці – важелем 31, з’єднаним тягою 30 з фланцем 24.

При різкому відхиленні температури, через наявність термічного опору середовища в порожнині "а", нагрівання робочого середовища і тиск будуть зростати повільніше ніж у сильфоні 6. В результаті робоче середовище із порожнини "с" капілярами 11, 21, 22 і через дросель 23 буде поступати в порожнини "d", "е" в кількості пропорційній відхиленню температури. При цьому і-з-за нижчого тиску у сильфоні 3 фланець 4 буде переміщуватись повільніше, затримуючи фланець 9 і підвищуючи цим тиск у сильфоні 6 ще на додаткову величину. Це забезпечить перетіканню додаткові кількості робочого середовища із порожнини "с" в капіляр 11, яке буде пропорційне швидкості відхилення температури. Отже, в перехідному процесі тиск робочого середовища у порожнині "с" першого блоку буде складатися з тиску викликаного відхиленням температури і тиску, викликаного швидкістю її відхилення.

Із порожнини "с" капілярами 11, 21 у порожнину "е" робоче середовище поступає безпосередньо, а у порожнину "d"- через капіляр 22 і дросель 23 підвищуючи в них тиск. Однак через дросель 23 тиску робочого середовища у порожнині "d" буде наростати повільніше ніж у порожнині "е", а отже, повільніше переміщатиметься фланець 17 від фланця 16.

В результаті, здолавши зусилля пружини 15, фланець 16 і, взаємодіючий з ним шток 29, будуть переміщатися, одночасно переміщаючи середню частину важеля 31 і разом з ним РО 32 на величину пропорційну відхиленню температури і швидкості її відхилення. Крім цього, затримання фланця 24 через тягу 30 викличе затримання плеча важеля 31, чим забезпечиться ще додаткове пререміщення його плеча, зв’язаного з РО, яке пропорційне прискоренню відхилення температури.

Таким чином, результуюче переміщення РО у перехідному процесі буде складатися із трьох переміщень: першого, пропорційного відхиленню температури; другого, пропорційного швидкості відхилення температури; третього, пропорційного прискоренню відхилення температури.

При повільному відхиленні температури тиск робочого середовища у порожнинах "в", "с", "d", "е" буде змінюватись однаково, що спричинить паралельне переміщення важеля 31. В цьому випадку запропонований ТР буде працювати як серійний, тобто РО буде переміщатися тільки пропорційно відхиленню температури.

Ступінь впливу на переміщення РО регулюючих сигналів за швидкістю і прискоренням відхилення температури можна змінювати відповідно дроселями 8, 23. Так, із збільшенням (зменшенням) дроселювання складові сигналів, пропорційних швидкості і прискоренню збільшуються (зменшуються), а при відсутньому дроселюванні їх величини матимуть нульові значення.

Формування регулюючих сигналів пропорційних швидкості і прискоренню відхилення температури забезпечується послідовним приєднанням до серійного ТР двох динамічних блоків із інтегро-диференціюючи ми властивостями. Передаточна функція цього приєднання

де К – коефіцієнт підсилення першого і другого блоків; Т₁ і Т₃ – постійні часу, що характеризують диференціюючи властивості першого і другого блоків; Т₂ і Т₄- постійні часу, що характеризують інтегруючі властивості першого і другого блоків; P - оператор деференціюнування/

Для забезпечення блокам переваг диференціюючи властивостей необхідні умови:

– для першого блоку Т₁ > Т₂;

– для другого блоку Т₃ > Т₄;

Використання запропонованого ТР забезпечить:

– зменшення часу перехідного процесу при переході ЕУ із одного температурного режиму на інший і ступінь нерівномірності регульованого параметра:

– підвищення вихідних техніко-економічні показників ЕУ в умовах перемінних режимів їх роботи.

Література:

1. Андрезен В.А., Гольдберг М.Э., Городущенко В.Н. И др. Автоматизация судовых энергитических установок и систем Л.: Судостроение, 1973, 320с.