Реферат: Создание системы многопоточных фна для пропорционального дозирования как целостного нового класса машин постановка задач, требования к р-поточным синхродозировочным насосным агрегатам (сда)

ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ МНОГОПОТОЧНЫХ ФНА ДЛЯ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ДОЗИРОВАНИЯ КАК ЦЕЛОСТНОГО НОВОГО

КЛАССА МАШИН


4.1. Постановка задач, требования к Р-поточным синхродозировочным насосным агрегатам (СДА)

Для обеспечения программирования движения р-поточной гидросистемы, в которой объемы 1, 2, … , р, отсчитываемые от начала технологического цикла, определяют ее конфигурацию, СДА рационально компоновать как механизм с Р+1 перенастраиваемыми входами (задатчиками), где Р входов используется для задания соотношений между величинами средних расходов (перемещений) в Р-гидролиниях - 1Q1наиб, 2Q2наиб, … рQрнаиб (11наиб, 22наиб, … , ррнаиб), а (р + 1)-ый вход для задания величины суммарной подачи дозирующих секций СДА, т.е. по существу – скорости движения системы по траектории, определяемой Р обобщенными координатами

. (4.1.1)

До настоящей работы был известен только один тип СДА (выпускается фирмами: «Лева», «Бран-Люббе» (Германия), «Хаука» (Австрия) и др.), в котором изменение суммарной подачи осуществляется вариатором, приводящим общий синхронизирующий приводной вал насосных секций с МР длины хода поршней, а в прямодействующих СДА – варьированием частоты поступления на все приводы секций СДА пусковых синхронизирующих импульсов.

Применение вариаторов или регулируемых по частоте двигателей не позволяет осуществить глубокое регулирование скорости движения Р-поточной гидросистемы, существенно снижает быстродействие процесса управления и надежности СДА, удорожает СДА и гидросистемы в целом.

Эти недостатки делали принципиально невозможным применение этого типа СДА в качестве источника питания и средства управления гидропривода машин, когда необходимо в мертвых точках механизма или заданных точках траектории движения иметь нулевые скорости движения.

Область применения СДА может быть существенно расширена, если обеспечить высокое быстродействие процесса пропорционального управления Qо в полном диапазоне регулирования - 0  l  1.

В этой связи было необходимо выявить такие пути построения СДА, которые были бы пригодны для использования систем непрерывного и дискретного управления и лишены недостатков присущих известным техническим решениям СДА, см. работы автора [3, 7, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 38]. Решение этой задачи было выполнено путем системного анализа СДА как базирующегося на объемных насосах гидравлического механизма с одной степенью свободы, конфигурация которого определяется р-степенями подвижности, а скорость движения по траектории движения (задаваемой значениями ) в фазовом пространстве р-обобщенных координат задается параметром e.


4.2. Разработка полной системы способов пропорционального гидромашинного дозирования р-потоков жидкости. Классификация СДА

4.2.1. В результате настройки СДА, т.е. задания величин e , 1, 2, … , р, на него накладываются дополнительные кинематические связи, позволяющие определить положения его выходных звеньев (1, 2, … , р) по перемещению общего входного звена от начала технологического цикла, что возможно только при жесткой синхронизации процесса дозирования всеми секциями СДА в его технологическом цикле.

Выполнение этого условия требует синхронизации секций: по частоте формирования ими доз жидкости (по числу доз поданных в Р-гидролиний за единицу времени или период технологического цикла агрегата Тц); по величинам объемов доз и – по каналу управления суммарной подачей.

При применении дозаторов объемного типа с практически жесткими напорно-расходными характеристиками синхронизация объемов доз (при воздействии на них только задатчиков 1, 2, … , р) сводится к регистрации (определению) наибольших значений эффективных объемов рабочих камер qjнаиб, например, при изготовлении и сборке СДА.

Когда на величину объемных постоянных секций воздействует задатчик «e» условие синхронизации по каналу управления Qj реализуется применением жесткой кинематической связи между ВРЭ секций и выставкой (настройкой) их в такое состояние, что при e 0 все qj0 (причем монотонно) и при e = 0 достигается условие - qj = 0.

В общем идеальном случае, синхронизация по каналу управления Qj должна обеспечить пропорциональное величине e уменьшение средней подачи каждой секции до нуля, т.е. Qj 0 при e  0 при любых заданных значениях j, поскольку в противном случае изменение e будет приводить и к изменению установленного соотношения между величинами подач секций.

Поскольку, Qj = qjω, синхронизация по частоте формирования доз жидкости необходима даже в том случае, если задатчик e не воздействует на указанную частоту с целью изменения Qj, т.к. иначе необходимая точность поддержания заданного соотношения между подачами секций может быть не обеспечена, особенно при возникновении изменений в гидравлических нагрузках секций.

Приведенные выше условия синхронизации являются необходимыми и достаточными для обеспечения пропорционального дозирования жидкостей посредством СДА, т.е. должны быть обеспечены при его проектировании.

При цифровом управлении дозаторами, задается число Zj доз, которые должна формировать j-ая секция СДА за период технологического цикла Тц. В интервале между отдельными дозами могут быть и различия, поэтому для СДА с цифровым управлением секциями условие синхронизации по частоте сводится к поддержанию (обеспечению) заданных отношений между средними частотами формирования доз жидкости -

zi = Zj / Тц.

Таким образом, все СДА следует разделять по способу синхронизации частоты формирования доз жидкости и по способу синхронизации каналов задания суммарной производительности агрегата, см. таблицу на рис. 4-1.

Эти два признака во многом определяют конструктивный тип СДА.

4.2.2. Обычно существующие CДА конструктивно компонуется в одном блоке (на одной общей для всех секций раме). Однако, часто желательно или необходимо отдельные секции СДА устанавливать в различных местах технологической линии или гидрофицируемой машины, т.к. в этом случае сокращаются длины соединительных трубопроводов (например, с токсичной агрессивной, взрывоопасной и т.п. жидкостью), повышается точность движения ФДГМ. При такой разнесенной компоновке известная механическая синхронизация секций уже непригодна, что потребовало разработки СДА с гидравлической и (или) электрической синхронизацией по каналам передачи энергии и информации.

В результате по способу конструктивной компоновки СДА могут быть разделены на блочные, разнесенные или комбинированные. Рационально СДА выполнять на базе унифицированных узлов, обеспечивающих возможность получения различных компоновочных решений СДА.

4.2.3. Наиболее важными конструктивными признаками, показывающими возможность построения СДА, являются такие, которые определяют способы задания необходимой подачи секции СДА при выполнении (обеспечении) требуемого алгоритма пропорционального управления.

В указанном известном агрегате задатчик «e» воздействовал на величину  - общего вала, а задатчики j – определяли объемные постоянные секций. В результате -

Qj = (eнаиб)  (j  qj наиб), (4.2.1)

где наиб и qj наиб – наибольшие расчетные значения угловой скорости вала агрегата и объемной постоянной j-ой секции.

Анализ (4.2.1) показывает, что каждая j-ая секция по существу выполняет перемножение установок задатчиков e и j, пропорциональных величинам регулирующих воздействий, определяющих суммарную подачу агрегата РС (e) и соотношение подач РО (j), т.е. Qj ~ Пj, где Пj = POj  РС (величина РС – общая для всех секций с точностью до постоянного коэффициента).

Таким образом, рационально классифицировать СДА по способу реализации указанной операции перемножения регулирующих воздействий РОj и РС. Для этого рассмотрим формулу объемной производительности СДА за период технологического цикла, считая, что настройка СДА выполняется перед началом этого цикла, -

, (4.2.2)

где j = eТцjQj наиб – определяет перемещение j-го выходного звена ФДГМ за Тц.

В общем случае

(4.2.2, а)

.

Для выявления способов построения СДА нам достаточно рассмотреть уравнение производительности в виде (4.2.2). Для этого объемную производительность j-ой секции запишем, группируя члены выражения (4.2.2) следующими возможными способами:


j = [(ej) Тц] Qj наиб , (4.2.3.)

j = [(ej) Qj наиб] Тц , (4.2.4)

j = (eТц) (jQj наиб) , (4.2.5.)

j = (eQj наиб) (jТц) (4.2.6)

j = (eQj наибj)Тц (4.2.7)


Учитывая то, что Qj наиб = qj наибj наиб , где j наиб – наибольшая скорость вращения вала приводного НД или наибольшая приведенная частота повторения рабочих циклов (j наиб = 2zj наиб, где zj наиб – наибольшее число срабатываний привода в секунду) для прямодействующих НД, множитель (eQj наиб j) в уравнении (4.2.7) может быть записан в следующих тождественных выражениях:

(eqj наиб)  (j j наиб) , а)

(eQj наибj)  (ej наиб)  (j qj наиб) , б)

(ej наибj) qj наиб , в)

(eqj наибj) j наиб . г)


Аналогично в (4.2.5) имеем

(j Qj наиб)  (j j наиб)  qj наиб  (j qj наиб)  j наиб ,

а в уравнении (4.2.6) -

(e Qj наиб)  (e j наиб)  qj наиб  (e qj наиб)  j наиб .

Запись производительности в форме (4.2.3) и (4.2.4) показывает, что необходимое управление СДА выполняется посредством результирующего воздействия, полученного предварительным перемножением уставок задатчиков e и j .

При таком алгоритме управления на дозирующую секцию регулирующее воздействие поступает по одному каналу в виде Пj = kj(ej) = POj  PC, что требует наличия у секции всего одного ВРЭj, изменяющего или состояние механизма регулирования средней подачей дозирующей секции агрегата для – (4.2.4) или эффективную долю процесса дозирования секцией агрегата в отрезке времени Тц для – (4.2.3).

Реализация пропорционального управления, соответствующего формам записи уравнений (4.2.5) – (4.2.7) возможна только при выполнении секций СДА с двумя ВРЭ, каждый их которых при изменении своего состояния должен иметь возможность изменять среднюю подачу секций от наибольшей до нулевой. При этом один из ВРЭ связывается с задатчиком «е», а другой – задатчиком «qj».

Количество входных каналов управления секцией СДА рационально принять в качестве признака деления множества СДА на два подмножества:

1. Однопараметрические СДА (с одним ВРЭ), реализующие управление согласно структуре уравнений объемной производительности (4.2.3) и (4.2.4);

2. Двухпараметрические СДА (с двумя ВРЭ), реализующие управление по алгоритмам, соответствующим структуре уравнений (4.2.5), (4.2.6), (4.2.7, а, б, в, г).

Как видно, канал управления может быть или совмещен с каналом подвода к секции СДА энергии, преобразуемой секцией в энергию тарированного потока жидкости, или - быть разгруженным в энергосиловом отношении.

При наличии двух ВРЭ в насосной секции можно использовать два различных механизма регулирования подачей, в соответствии с (4.2.5), (4.2.6), (4.2.7, а, б), или один механизм, выполненный по пропорциональной схеме в соответствии с (4.2.8, в, г), см. пример выполнения секций СДА на рис. 4.2, а, б.


4.3. Основы построения и создание системы однопараметрических СДА, разработка типовых технических решений

4.3.1. Для обеспечения требуемого алгоритма управления СДА однопараметрического типа на единственный ВРЭ должен подводиться сигнал управления равный произведению:

Пj = POj  PC = kj (l  j) .

Операция перемножения POj  PC может выполняться или вне секций СДА (Пj задается секциям посредством одноканального задатчика, изменяющего состояние ВРЭj), или функции перемножающего устройства можно возложить непосредственно на задатчики ВРЭj, которые в этом случае должны иметь два входных канала управления «е» и «» и один выходной канал (звено), непосредственно связанный с ВРЭj.

Следующая отсюда система возможных в принципе однопараметрических СДА и типовых структур СДА, выполняемых на базе приводных вальных насосов, представлена на рис. 4.3.

^ Однопараметрические СДА впервые разработаны автором (авт. свид. В3005, 217954, 26041, 262625, 273988, 303452, 514114, заявки 1898099/24-6, 1699507/24-6 ….) и запатентованы в США № 3659969, 3524387, Англии № 1280518, 1232271, Японии № 23803177, 700943, Франции № 2064735, Австрии № 314851, ФРГ № 195181.

4.3.2. В качестве насосных секций в однопараметрических СДА с одноканальным задатчиком могут применяться объемные регулируемые насосы классов: А-1, А-2, А-3, А-4, Б-1, Б-2, Б-3, Б-4 (см. глава 3) с жесткими напорно-расходными характеристиками.

Операция перемножения Пj при этом может выполняться:

1. Оператором, например, посредством пульта с задатчиками секций, рис. 4.4 (а.с. ; В3005);

2. Внешней АВМ, рис. 4.5, или вычислительными электрическими цепями (рис. 4.6 – а.с. № 303452);

3. Посредством синхронизированных с рабочим циклом секций СДА моделей, рис. 4.7 (з-ка № 1663062/25-8), рис. 4.8;

4. Внешними ЦВМ или формирующими импульсы управления пропорциональными механизмами – рис. 4.9 (з-ка № 2000488/25-8 и а.с. № 514114).

Важно, что в СДА, показанных на рис. 4.7 … 4.9 и а.с. 514114, дистанционное управление подачей осуществляется без применения промежуточных силовых исполнительных механизмов и следящих (замкнутых) систем управления, что позволяет секции СДА легко располагать в наиболее удобных местах технологических линии, и повысить точность пропорционального управления Р-поточной гидросистемы.

^ 4.3.3. Однопараметрические СДА с двухканальными задатчиками в общем случае могут выполняться на базе регулируемых насосных секций классов: А-1, А-2, А-3, А-4, Б-1, Б-2, Б-3, Б-4.

При использовании приводных вальных насосов желательно использовать механизмы регулирования, обеспечивающие силовую разгрузку ВРЭ и диапазон регулирования подачи от max до 0 при возможно большей нечувствительности подачи к основным возмущающим воздействиям (см. гл. 6). В этом случае существенно упрощается конструктивная реализация двухканального задатчика исполнительного механизма и повышается точность настройки СДА.

Задатчики этого типа и соответствующие СДА впервые разработаны автором (а.с. 217954, 273988, 262625, заявка № 1898099/24-6 … ) и запатентованы в США, Австрии, Японии, Англии, Франции, ФРГ.

^ 4.3.4. Принцип управления СДА посредством двухканальных задатчиков и возможности построения задатчиков, осуществляющих операцию перемножения уставок задатчика РС и РОj ясен из рассмотрения принципиальных схем на рис. 4.10 а, б.

Пусть ВРЭ 1, 2, 3 расположены относительно шарнира О поворотной планки ОА на различных расстояниях оа1, оа2, оа3 ,так как это показано на рис. 4.10,а, а отрезки a1b, а2c, a3d этих ВРЭ пропорциональны величинам подачи насосных секций. В положении планки ОАО (перпендикулярном ВРЭ) подачи Q1, Q2, Q3 равны нулю, поскольку a1b = 0, a2c = 0, a3d = 0.

Для данной настройки Q1 / Q2 = a1b / a2c; Q1 / Q3 = a1b / a3d ,

а Q = k1(a1b) + k2(a2c) + k3(a3d), где k1, k2, k3 – масштабные коэффициенты. Если теперь изменить угол наклона планки с  на ’ планка займет положение ОA'. При этом отношение подач секций остануться прежними, т.к.

,

а суммарная подача агрегата изменится и будет равна

Q’ = k1 (a1b’) + k2 (a2c’) + k3 (cd’).

Таким образом, описанная схема задатчика позволяет реализовать алгоритм управления СДА, если входы задатчиков соотношения РО1, РО2, РО3 связать с устройствами, позволяющими без изменения угла наклона планки (планок) перезадавать расстояния oa1, oa2, oa3, а входы задатчиков РС связать с устройством изменения угла наклона планки ОА (планок ОА1, ОА2, ОА3) без нарушения установленных входами задатчиков РОj расстояний оаj. Если при РОj = 0, oaj = 0, а также при POj  0 будет oaj = 0, когда РС = 0, то рассмотренный задатчик осуществляет операцию перемножения POj и РС, т.к. величина oaj = (oaj наиб PC) POj или Qj=(kj oajнаиб e)j, где oajнаиб – наибольшее возможное для данной конструкции значение отрезка oaj, соответствующее наибольшей подаче j-ой секции при задании e = 1.

Так как согласно ассоциативному закону для умножения

Qj = (kj aj наиб e) j = (kj aj наиб) e , (4.3.1)

то возможен и обратный порядок выполнения настройки СДА посредством рассмотренного механизма перемножения уставок задатчиков.

Этот выявленный новый способ настройки (управления) СДА, см. подробнее а.с. №761743, предполагает, что суммарную подачу СДА регулируют синхронным смещением осей поворота планок, а отношение подач задают изменением угла наклонов планок.

Пусть оси 0 шарниров поворотных планок оА1, оА2, оА3 находятся на одинаковом расстоянии от осей перемещения всех ВРЭ секции (см. рис. 4.10, б), тогда на чертеже отрезок оА одинаков для всех секций и изменяется общим задатчиком суммарной подачи РС. Входы задатчиков РО1, 2, 3 позволяют устанавливать необходимые углы 1, 2, 3 поворотных планок и тем самым определять максимально возможные величины подач секций Q1max = k1(ab)max, Q2max = k2(ac)max, Q3max = k3(ad)max , имеющие место при РС = РСmax, т.е. при е = 1, чему соответствует максимальное значение расстояния оа, принятое в конкретной реализации СДА.

Понятно, что установка углов 1, 2, 3 определяет и отношение подач секций , которое не изменяется при регулировании задатчиком РС расстоянии оа. Действительно из подобия треугольников aob и a’ob’, aoc и a’oc’, aod и a’od’ и равенства сторон oa и oa’, соответственно для треугольников aob, aoc, aod, и a’ob’, a’oc’, a’od’, следует, что Q1 / Q2 ~ ab / ac = a’b’ / a’c’ и Q1 / Q3 ~ ab / ad = a’b’ / a’d’.

Таким образом, рассмотренный способ управления СДА обеспечивает задание необходимого соотношения одновременно дозируемых жидкостей и изменение суммарной подачи агрегата Qj = k1(ab) + k2(ac) + k3(ad) при сохранении заданных соотношений Q1 / Q2 и Q1 / Q3. Из (4.3.1) также следует, что при необходимости двухканальные задатчики секций одного СДА могут быть для изменения Qj связаны друг с другом и комбинированным образом, например, вход РС в одной секции будет изменять угол наклона поворотной планки, а в другой – расстояние оа.

Важно во всех случаях компоновок СДА иметь подачу секций пропорциональной величины перемещений ВРЭj – ab, ac, … и обеспечивать, введением в механизм задатчика дополнительных промежуточных звеньев (для гашения или компенсации ошибок изготовления), выставку всех секций на нулевую подачу при a1b0, acc0, … и oa1, oa20, … для схемы компоновки СДА по первому способу управления, показанному на рис. 4.10,а и - при ab0, ac0, … ao0 - для схем компоновки СДА по второму способу управления, соответствующему схеме настройки и синхронизации задатчиков секций на рис. 4.10,б.

Конкретные технические решения разработанных СДА с двухканальными задатчиками подачи представлены на рис. 4.11 – 4.27.

СДА с двухканальными задатчиками впервые внедрены на Саратовском заводе нефтяного оборудования и выпускаются серийно.


4.4. Основы построения и создания системы двухпараметрических СДА, разработка типовых технических решений

4.4.1. Насосные секции двухпараметрических СДА снабжены двумя независимыми ВРЭ, связанными или с одним типом механизма регулирования подачи, выполненным по дифференциальной схеме (см. рис. 4.2) или с двумя механизмами регулирования, относящимися к различным классам (см. гл. 3).

Разработанное поле типовых насосных секций и варианты компоновок двухпараметрических СДА представлены на рис. 4.28, 4.29, 4.30.

Для управления СДА этого типа достаточно применять одноканальные задатчики, на независимые р-входов которых подаются сигналы РО1, РО2, … , РОр, а на (р + 1) вход, одновременно воздействующий на все секции, - сигнал РС. При этом операция умножения сигналов выполняется непосредственно насосной секцией (см. пример СДА на рис. 4.2.).

Например, в агрегате, выполненном по наиболее распространенной схеме (см. рис. 4.30, сх. 1,б), сигнал РС воздействует на вариатор оборотов, а сигналы РО1 и РО2 на механизмы изменения литража насосных секций. В результате подача секции

Q1 = [q11(PO1)]  [maxe(PC)] = kek(PO1  PC)q1 max

пропорциональна сигналу П1 = РО1  РС. Здесь ke и k - масштабные коэффициенты.

Если сигналы РС и РОj воздействуют на один механизм регулирования с двумя ВРЭ (см. рис. 4.2), то ВРЭj, на которые поступает общий сигнал РС, должны быть сблокированы (синхронизированы) в положениях, соответствующих нулю подачи всех секций при значениях (1, 2, … , р)= 0, т.е.- на режиме е = 0.

Для компоновки двухпараметрического СДА пригодны комбинации насосных секций с механизмами регулирования, одного или двух различных классов (см. табл. На рис. 4.28), например, по типу А-1 / А-1 (рис. 4.29,а), А-1 / А-2 или А-2 / А-1 (рис. 4.29,б), А-3 / А-1 или А-1 / А-3 (рис. 4.29, в), А-4 / А-1 (рис. 4.29,г), Б-4 / А-2 и т.д. Здесь в числителе указан класс механизмов регулирования используемый для индивидуальной настройки – РО, а в знаменателе – класс механизмов, используемый для изменения суммарной производительности агрегата – РС.

Насосные секции характеризуемые структурными формулами типа Б-1 / Б-4, Б-3, Б-2, т.е. содержащие механизмы регулирования относящиеся только к группе классов Б для компоновки в агрегат требуют специальных систем их синхронизации и не реализуются, как правило, с применением технически простых средств.

Поскольку, как показано, в СДА могут компоноваться различные типы насосных секций, обеспечивающие пропорциональность подачи произведению уставок РС на РО, структурная формула СДА может принимать и более сложный вид, например,

,

для четырехпоточного агрегата, где механизмы, указанные в знаменателе, синхронизированы общим задатчиком РС.

Технически наиболее просто синхронизировать задатчиком РС однотипные механизмы регулирования, поэтому компоновки СДА типов или и т.д. более предпочтительны для практической реализации (здесь m + n + k = p – общее число секций в СДА).

4.4.2. Конструктивно насосная секция СДА состоит из гидроблока (или из нескольких работающих на одном и том же жидком компоненте гидроблоков) и привода. Поскольку каждый из этих элементов может регулироваться своими средствами, в схемах компоновок СДА рационально их указывать отдельно (см. таблицу на рис. 4.30).

В выявленных на основании данной классификации схемах блоков СДА индексом Пр обозначен привод. Если привод состоит из мотора М и вариатора В, то эти элементы представлены порознь. Индексом СС указана цепь связи, синхронизирующей работы насосных секций с различными способами регулирования, управления и соединения с приводом.

При пропорциональном дозировании большого числа компонентов агрегат можно строить на базе какого-либо одного блока (что, как правило, проще) или составлять из нескольких различных блоков.

Из проведенного анализа следует, что принципиально возможно комбинировать в единую многокомпонентную установку пропорционального дозирования р-компонентов как блоки однопараметрического типа с двухканальным управлением, так и блоки двухпараметрического типа!

Таким образом, впервые открывается возможность широкой унификации СДА, механизмов управления насосными секциями и агрегатом в целом.

4.4.3. Для обеспечения практического внедрения двухпараметрических СДА, технической оценки различных их компоновок и сопоставления с однопараметрическими СДА ниже рассматривается ряд разработанных новых технических решений СДА, использующих насосные секции различных типов, из указанных в таблице на рис. 4.30.

На рис. 4.31 показан СДА (3(А-1) + 2(А-2) / А-2; на рис. 4.32 – 2(Б-2 / А-2); на рис. 4.33 – 2(А-1) / А-2 (на базе а.с. 561809); на рис. 4.34. – (2(А-1) – Н2) /А, где Н2 – нерегулируемая по РО насосная секция (з-ка 1700892/24-6); на рис. 4.35 – Р(А-1) / А-1 (конструкция ВНИИГидромаш); рис. 4.36 – Р(Б-1) / А-1 (а.с. 170178 с возможной реализацией на базе насосов типа ХТР Лебедянского насосного завода); на рис. 4.37 – Р(Б-1) / А-1 (а.с. 1163034); на рис. 4.38 – Р(А-2) / Б-4 (з-ка 1420781/24-6, где для дистанционного задания РОj не требуется применения замкнутых САР); на рис. 4.39 – Р( А-2) / Б-4, Б-1; на рис. 4.40 – ((А-1)+(А-2-2)) / А-2-1 (а.с. 544761 для дистанционно и автоматически управляемых секций СДА разнесенного типа).

4.4.4. Рассмотрим возможность построения СДА на базе регулируемых насосов с нежесткими Q-Pi характеристиками (?!).

Условие работоспособности СДА требует, чтобы все его секции выходили на нулевые подачи при одном значении РС и чтобы изменение РС не нарушало заданные соотношения подач секций, т.е. построение СДА возможно, если секции СДА будут обладать такой комбинацией нежестких Q-Рвых характеристик, при которой изменение давления Рвых  РС в общем для них трубопроводе (аппарате) будет приводить только к изменению суммарной подачи Qj, но не будет вызывать изменение соотношений подач секций Qj / Qj+k.

Сформулированное требование выполнимо, только если характеристики Qj - Рвых имеют вид прямых, пересекающихся на оси давления в одной точке Р0, см. рис. 4.41,б, где ad, bd и cd – характеристики насосных секций 1, 5, 2 соответственно (см. рис. 4.41,а). Отношение подач секций задается изменением длин ходов поршней секций задатчиками 8, 9, 10 (способ регулирования А-1), устанавливающими максимальное значение подачи QАнаиб, QБнаиб, QВнаиб. Изменение же суммарной подачи здесь осуществляется автоматически при изменении давления в напорной магистрали или путем регулирования дросселя 12. Механизмы класса Б-2 - 3, 4, 6 секций служат для задания углов наклона характеристик до пересечения их в точке Р0 (а.с. 531926), что, например, может выполняться с применением датчиков давления 11 по осциллограммам снимаемым в рабочих камерах насосных секций, см. рис. 4.41,в (а.с. № 523187).

Разработанные технические решения двухпараметрических СДА существенно расширяют их возможности практического применения в приводных гидросистемах, а также в АСУ ТП различных производств, использующих современные системы непрерывного и дискретного управления.

При этом впервые оказывается возможным практическое выполнение СДА на базе серийно выпускаемых объемных многокамерных и однокамерных дозировочных насосов, не приспособленных для работы в составе традиционных СДА.


4.5. Основы построения и создание класса СДА с гидравлической синхронизирующей связью его однопоточных дозирующих секций

4.5.1. В рассмотренных выше одно- и двухпараметрических СДА синхронизация секций по частоте повторения рабочих циклов выполнялась механическими или электрическими устройствами. Использование гидравлической синхронизации дозирующих секций открывает новые возможности для построения СДА с высокими технико-экономическими показателями и рядом новых полезных эксплуатационных свойств, расширяющих функциональные возможности СДА и область их применения.

Анализ показал, что подобная синхронизация насосных секций, допускающая реализацию алгоритмов управления СДА, может выполняться посредством:

а) общего для секций источника переменного расхода жидкости (пульсатора) – 4.5.2;

б) общего для секций источника давления – 4.5.3.;

в) дроссельных и объемных делителей потока жидкости – 4.5.4;

г) дозирующих гидромоторов или гидроцилиндров, установленных последовательно в гидролинии одного или нескольких дозируемых компонентов – 4.5.5.

Коротко рассмотрим разработанные в диссертации характерные технические решения СДА, реализующие указанные выше возможные способы синхронизации дозирующих секций. см. также 13.1-п.23,24,38.

4.5.2. Рассмотрим СДА, представленные на рис. 4.42 и 4.43. Идея использованного здесь способа синхронизации принадлежит фирме Вернбург Инжениринг (Англия). Разработанная этой фирмой конструкция СДА обладала рядом существенных недостатков: не обеспечивалась линейность шкалы подачи; подачи секций (до пяти на один пульсатор) существенно зависели от рабочих перепадов давления; коэффициент полезного действия СДА уменьшался практически пропорционально снижению суммарной цикловой подачи секций. Представленные на рисунках СДА с пульсаторной синхронизацией, лишены указанных недостатков и обладают мировой новизной (а.с. № 309620, 357368).

В СДА по рис. 4.44 (а.с. № 262625) использована комбинированная синхронизация секций. Здесь секции (8, 25, 27) и (9) приводятся одним пульсатором (2, 6, 12), механически синхронизированным общим валом 3 с приводом секции 7. Такая компоновка может быть использована при необходимости подключения к СДА (с ранее заданным количеством пульсаторов) дополнительных секций (гидроблоков) стандартного для мембранных насосов исполнения. Уменьшение подач секций СДА такого типа не приводит к существенным потерям энергии. Поэтому, в отличие от СДА по рис. 4.42, 43, здесь нет необходимости в установке упругих демпферов в камеру пульсатора.

При порционном дозировании желательно иметь СДА с постоянной заданной суммарной цикловой подачей и с возможностью перезадания отношения компонентов.

Эта задача решена в СДА, представленных на рис. 4.45 … 48, путем использования в качестве синхронизирующего пульсатора насосной секции, дозирующей один из заданных компонентов (заявки №№ 1700890/24-6, 1700868/24-6, 2198456/06).

4.5.3. При использовании в СДА большого числа прямодействующих насосных секций рационально применять единый для них источник приводной жидкости.

При малых рабочих давлениях можно использовать также источники сжатого газа или пара, что существенно не меняет принцип построения СДА этого типа.

Из анализа возможных структур СДА следует, что насосные секции могут подключаться к источнику давления параллельно и все одновременно (см. рис. 4.49); или в заданной последовательности, например, посредством роторного коммутатора, см. рис. 4.50; последовательно, или комбинированно (см. 4.5.6), однако во всех случаях секции должны содержать механизм регулирования рабочего объема для задания необходимого соотношения подач и суммарной подачи СДА (при выполнении СДА однопараметрическими).

При разнесенной компоновке СДА, агрегат рационально выполнять двухпараметрическим, регулируя Qj изменением частоты повторения рабочих циклов насосных секций. В СДА, на рис. 4.49 (з-ка 17000867/24-6) частота повторения рабочих циклов обеспечивается увеличением подачи приводного насоса 9.

Рационально повышать равномерность потока жидкости в напорной продуктовой магистрали агрегата путем последовательного по времени подключения секций СДА (рис. 4.50) к магистрали источника приводной жидкости. В ряде случаев последовательная подача доз перекачиваемых компонентов необходима по технологическому процессу. Кроме того, при этом повышается равномерность нагружения источника питания и частота повторения рабочих циклов СДА.

4.5.4. При синхронизации секций СДА посредством делителей (сумматоров) приводной жидкости для изменения Qj СДА при сохранении заданного соотношения расходов указанные делители (сумматоры) должны быть объединены в единую «синхронизированную» гидравлическую цепь, позволяющую поддерживать заданное соотношение потоков при переменных нагрузках насосных секций. Возможно применение дроссельных, см. рис. 4.51, 4,52, и объемных, см. рис. 4.53, 4.54, делителей и сумматоров потока при построении гидроприводных СДА.

Применение синхронизированных по РС делителей (сумматоров) дроссельного типа (з-ка 2000506/24-6, а.с. 561003) может быть рациональным или при сравнительно невысоких требованиях к точности пропорционального дозирования, или при стабилизации основных рабочих параметров СДА.

При повышенных требованиях к точности пропорционального дозирования и значительной вариации рабочих параметров СДА более предпочтительно использование объемных дозирующих делителей потока жидкости, с регулируемым отношением рабочих объемов, составляющих его гидромашин. Принцип построения СДА на базе делителей этого типа представлен на рис. 4.53 (а.с. 166152).

Суммарная подача СДА изменяется регулированием приводного насоса 7. Соотношение подач дозируемых компонентов (отношения скоростей вращения валов гидромоторов – выходных звеньев приводного ФДГМ) задается регулированием объемных постоянных гидромашин 8, 9, 10 делителя задатчиками РО1, РО2, РО3.

Гидромашины делителя в зависимости от величин перепадов давления на соответствующих гидромоторах работают в насосном или моторном режимах, т.к. без учета потерь - Q4P4 + Q5P5 +Q6P6 = Q7P7, где Q7 = Q4 + Q5 + Q6, и поэтому, если, например, Р4 >  Р7 и Р5 > Р7, то гидромашины 8 и 9 работают в насосном режиме, а гидромашина 10 в моторном, поскольку обязательно Р6 < Р7.

В технологических гидросистемах в ряде случаев возможна установка объемных делителей (сумматоров) непосредственно в потоки дозируемых компонентов, см. рис. 4.54 (а.с. 512306), где компоненты А, В, С перекачиваются центробежными насосами 15, 16, 17 с характеристиками, показанными на рис. 4.55, и дозируются объемными синхронизированными гидромашинами 2, 3, 4 сумматора. Суммарная подача СДА устанавливается дросселем 8, одновременно изменяющим давление на выходе насосов 15, 16, 17, см. рис. 4.55, и, следовательно, - величины подачи секций, которые корректируются объемным сумматором в соответствии с РОА, РОБ, РОС.

4.5.5. В ряде практических случаев необходима синхронизация насосных секций СДА по расходу одного из дозируемых компонентов, которая может выполняться с применением автоматических систем слежения за указанным расходом. Однако, такая реализация поставленной задачи существенно усложняет конструкцию СДА, а при высоких требованиях к точности дозирования практически неосуществима.

В большинстве случаев применения СДА возможно и рационально выполнять указанную синхронизацию, используя поток дозируемого основного компонента, как источник энергии для проведения других секций СДА. Действительно, допустимо применение технических решений, аналогичных рассмотренным на рис. 4.49… 4.53, где вместо гидроприводной жидкости следует применять один из дозируемых компонентов, по которому осуществляется синхронизация СДА по каналу РС.

В этом случае ведущая насосная секция, сообщающая энергию потоку основного компонента (рационально СДА этого типа применять, когда расход основного потока существенно больше расходов ведомых насосных секций), потребляет всю энергию, подводимую к СДА. Важно, что это свойство СДА данного типа позволяет легко выполнять ФДГМ-СДА, самонастраивающимся по величине суммарной нагрузки на его выходные звенья. Гидродвигатели дополнительных секций могут подключаться параллельно или последовательно насосу основной ведущей секции.

При использовании приводных НД 1, 2 в дополнительных секциях рационально применять один общий для насосных секций гидромотор 3, см. рис. 4.56. Скорость вращения вала гидромотора 3 ω 3 = QA / q3, а подачи дополнительных секций QБ = ω 3q2(POA/Б) и QC = ω3q1(POA/C), поэтому QA/QБ =q3/q2(POA/Б), а QA/QC = q3/q1(POA/C), т.е. отношения подач секций задается изменением рабочих объемов секций 2 и 1 и не зависит от величин суммарной подачи, задаваемой расходом QA, поскольку

.

^ СДА рассматриваемого типа может обеспечить изменение Qj в заданной функциональной связи от давления нагнетания в общей магистрали или величины давления на выходе насоса основной секции (т.е. от суммарной нагрузки СДА). Для этого насос основной секции должен выполняться с соответствующими нагнетательными характеристиками (при прямом методе построения ФНА) или иметь ФИМ (при косвенном методе построения ФНА).

Пример самонастраивающегося по нагрузке СДА показан на рис. 4.57. Компоненты Б и С дозируются гидроблоками 1 и 2 прямодействующего гидроприводного насоса, снабженными механизмами регулирования, например классов Б-1 или Б-2, с задатчиками РОА/Б и РОА/С. Частота рабочих циклов этого насоса, реверсируемого распределителем 4 по положению приводного поршня 5, пропорциональна расходу QА, создаваемому функциональным насосом 6. Величина QА изменяется от давления в магистрали 7 по закону определяемому настройкой ФМР 8 и его структурой.

Последовательно насосу 3 в магистрали 7 включен гидромотор 9, приводящий насосную секцию 10. В данном СДА QБ = kБ (POA/Б)QА, QC = k2(POA/C)QA, QД = kД(POA/Д)QA

и, следовательно,

Q = QA[1 + kБ(POA/Б) + k2(POA/С) + kД(POA/Д)] .

Из-за действия ФМР 8 секции 6 QA = (P7), поэтому суммарная подача агрегата по заданному закону будет изменяться от давления в реакторе, подключенном к выходной магистрали 11 СДА, или может задаваться (корректироваться, например, посредством САР) регулируемым дросселем 12 – задатчиком РС при условии, когда Р11 =const.

Если основной компонент технически трудно использовать в качестве гидроприводной жидкости, то агрегаты этого типа легко перекомпоновываются в агрегаты с применением промежуто