cond autom proc_cap 5

8/13/2019 Cond Autom Proc_Cap 5

http://slidepdf.com/reader/full/cond-autom-proccap-5 1/26

Conducerea automata a proceselor

5. Tipuri de robinete de reglare

99


5.1. Criterii de clasificare a robinetelor de reglare

Criteriul constructiv implicat în alegerea robinetelor de reglare sereferă la tipul robinetului de reglare. În prezent, producătorii realizează omare diversitate de tipuri de robinete de reglare. Principalele criterii declasificare a tipurilor de robinete de reglare sunt următoarele:

a) Sistemul de obturare:− ventil profilat;− ventil fustă profilată sau cu orificii multiple;

−

colivie cu ferestre în V;− colivie cu orificii multiple;− sisteme de obturare speciale (reducere în trepte a

presiunii, sisteme labirint);− f ără sisteme de obturare.

b) Modul de circulaţie a fluidului prin organul de reglare:− circulaţie dreaptă;− circulaţie la 90° (robinete de colţ);− circulaţie divizată (robinete cu trei căi).

c) Numărul de scaune:− un scaun;− două scaune.

d) Soluţia constructivă impusă de natura, temperatura şicondiţiile de curgere:− normală;− cu capac cu nervuri de răcire;− cu burduf de etanşare;− cu ţeavă intermediară;− cu manta de încălzire.

În figura 5.1 este prezentată o schematizare a tipurilor de robinetelorde reglare realizată de Marinoiu.





100

Fig. 5.1. Clasificarea robinetelor de reglare.





101

5.2. Robinete de reglare cu ventil profilat

Din categoria robinetelor de reglare cu ventil profilat fac parte celemai multe robinete de reglare. Dintre acestea vor fi prezentate robinetele de

reglare produse de firmele Fisher.

Robinete de reglare Fisher. Pentru acest tip de robinrt, domeniulsemnalului de intrare este dependent de structura sistemului de reglare.Conform tabelului 5.1, sistemul de reglare poate conţine:

a) structură split cu un singur robine de reglare;b) structură two-way cu două robinete de reglare în regim

divizat;c) structură three-way cu trei robinete de reglare în regim

divizat.

În figura 5.2 este prezentată imaginea de ansamblu a unui robinet dereglare Fisher iar în figura 5.3 o secţiune prin robinet. În figura 5.4 suntprezentate secţiuni prin tipurile de obturatoare Fisher.

Tabelul 5.1

Semnale de intrare pentru robinete de reglare Fisher

Robinet tip 3582 cu poziţioner

Structurasistemului de

reglare[bar] [psig] [bar] [psig]

Split 0.2 to 1.0 3 to 15 0.4 to 2.0 6 to 30Two-way

0.2 to 0.60.6 to 1.0

3 to 99 to 15

0.4 to 1.21.2 to 2.0

6 to 1818 to 30

Three-way0.2 to 0.50.5 to 0.70.7 to 1.0

3 to 77 to 1111 to 15

0.4 to 0.90.9 to 1.51.5 to 2.0

6 to 1414 to 2222 to 30

Robinet tip 3582i cu poziţioner Structura

sistemului dereglare

[mA]

Split 4 to 20

Two-way

4 to 12

12 to 20

Three-way4 to 9.3

9.3 to 14.714.7 to 20





102

Fig. 5.2. Robinet de reglare Fisher: a) cu servomotor pneumatic; b) cuservomotor pneumatic şi poziţioner.





103

Fig. 5.3. Secţiune printr-un robinet de reglare Fisher.





104

Fig. 5.4. Secţiuni prin organul de reglare al robinetului Fisher.

Robinete de reglare Baumman.

Fig. 5.5. Robinet de reglare cu ventil (Baumann):a) vedere generală; b) Secţiune prin robinetul de reglare





105

5.3. Robinete de reglare tip fluture (butterfly)

Fig. 5.6. Robinet de reglare tip fluture (Baumann).

Fig. 5.7. Secţiune prin robinetul de reglare fluture (Baumann).





106

Tabelul 5.2

Valori ale modulului de debit C v pentru robinete tip fluture (Baumann)

Tabelul 5.3

Valori ale modulului de debit K v pentru robinete tip fluture (Baumann)





107

5.4. Robinete de reglare cu trei căi

Robinetul cu trei căi Baumann. În categoria robinetelor de reglarecu trei căi se înscrie robinetul produs de Baumann, figura 5.8. Robinetul esteprevăzut cu trei orificii, notate cu C (intrare/ieşire), U (orificiu superior) şi L(orificiu inferior). Robinetul poate fi utilizat atât la divizarea unui flux cât şila amestecarea a două fluide, tabelul 5.4.

Fig. 5.8. Robinetul de reglare cu trei căi Baumann:a) vedere generală; b) secţiune verticală prin robinet.

Tabelul 5.4

Valori ale modulului de debit C v pentru robinetul cu trei căi Baumann





108

În figura 5.8-b este prezentată o secţiune prin robinetul de reglare cutrei căi Baumann. Sunt puse în evidenţă cele trei orificii: C, U şi L. Întabelul 5.4 sunt prezentate valorice coeficientului C v asociate cursei maximea servomotorului.

Tabelul 5.5Valori ale modulului de debit K v pentru robinetul cu trei căi Baumann

Fig. 5.9. Caracteristicile intrinseci ale robinetului de reglare cu trei căi:a) robinet pentru amestecarea fluidelor;b) robinet pentru divizarea unui fluid.





109

Robinetul cu trei căi Fisher. Firma Fisher produce robinete dereglare cu trei căi în două variante: YD – robinet de reglare cu acţiunecontinuă şi YS – robinet de reglare cu acţiune discontinuă ON/OFF. Înfigura 5.10 este prezentată imaginea de ansamblu a robinetului de reglare cutrei căi, tip YD.

Fig. 5.10. Fisher - Robinet de reglare cu trei căi, acţiune continuă.

În figura 5.11 sunt prezentate secţiuni prin cele două tipuri derobinete de reglare. Se observă diferenţele constructive dintre cele două tipuri de robinete, diferenţe impuse de modul de acţionare(continuu/discontinuu) al acestora. Pentru robinetul tip YD, obturatorul areo formă profilată ce permite modificarea treptată a secţiunilor de curgere şiimplicit a debitelor de intrare sau de ieşire din robinet (în funcţie de scopultehnologic al robinetului).





110

Fig. 5.11. Detalii constructive ale robinetelor de reglare cu trei căi – Fisher:a) tip YD; b) tip YS.

Pentru robinetul cu trei căi tip YS, datorită necesităţii de a obturauna din căile de acces, obturatorul are o formă specifică, caracterizată prinposibilitatea etanşării complete a uneia dintre căile de evacuare. În acestscop, scaunul este prevăzut cu două părţi active între care obturatorul,prevăzut şi el cu două feţe de etanşare, se deplasează liniar, corespunzătorcomenzii ON, respectiv OFF. În figura 5.12 este prezentată comparativfuncţionarea celor două tipuri de robinete de reglare cu trei căi în situaţia încare tija este în poziţie jos şi respectiv în poziţie sus.

Fig. 5.12. Funcţionarea robinetelor cu trei căi la valori extreme

ale cursei servomotorului.

În tabelul 5.6 sunt prezentate valorile modulului de debit Kv, acoeficientului Cv, pentru robinetele tip YD (cu reglare continuă). Valorilesunt determinate pentru curse ale servomotorului cuprinse între 0 şi 100%cu incrementul de 10%.





111

Tabelul 5.6

Valori ale modulului de debit K v pentru robinetul cu trei căi Fisher





112

3.4. Dimensionarea şi alegerea robinetelor de reglare

Dimensionarea elementelor de execuţie reprezintă acţiunea dedeterminare a proprietăţilor constructive ale acestora, caracteristici care

permit funcţionarea sistemului automat în condiţii impuse. Din punct devedere constructiv, elementele de execuţie sunt produse în serie pentru aavea preţuri de cost scăzute. În această situaţie, producătorii de elementelede execuţie realizează standarde interne pentru aceste elemente aledispozitivului de automatizare. Alegerea elementelor de execuţie reprezintă activitatea de selectare a unui tip sau subtip al elementului de execuţie dintr-o bază de date a unui producător, în funcţie de unul sau mai multe criterii deselecţie.

Una dintre cele mai laborioase şi spectaculoase activităţi în domeniulelementelor de execuţie o constituie dimensionarea şi alegerea robinetelorde reglare. Dimensionarea robinetelor de reglare se referă la determinarea

modulului de debit vK , necesar curgerii fluidului în sistemul hidraulicspecificat. Alegerea robinetului de reglare implică selecţia tipuluiconstructiv al organului de reglare, a modului de debit standardizat de firmaproducătoare

vsK şi a diametrului nominal

n D .

Dimensionarea robinetului de reglare, respectiv a organului dereglare, este realizată prin utilizarea conceptului de modul de debit, conceptprezentat în paragraful 15.2.2.1. Deşi modulul de debit reprezintă o secţiunede curgere prin robinet (15.6), relaţia (15.9) reflectă în mod direct legăturadintre caracteristica geometrică şi cerinţele impuse robinetului de reglare.Modulul de debit poate fi calculat cu ajutorul unor relaţii derivate din (15.9),relaţii care ţin cont de unităţile industriale de măsură a debitului pentru

diverse tipuri de fluide, de parametrii din amonte şi aval ai fluiduluirespectiv. Din punct de vedere al complexităţii calculelor, relaţiile utilizatepentru dimensionarea organului de reglare pot fi structurate în relaţii clasiceşi relaţii moderne.

3.4.1. Relaţii clasice pentru calculul K v

Relaţiile de dimensionare au fost introduse de Früh în 1975 şi suntprezentate în tabelul 3.7. Aceste relaţii sunt recomandate pentru calcule dedimensionare în sisteme hidraulice caracterizate printr-un regim de curgere

turbulent, inexistenţa reducţiilor sau a altor rezistenţe hidraulice sau pentruiniţializarea calculelor în cazul folosirii altor algoritmi de dimensionare [2].





113

Relaţii clasice de calcul pentru K v

r P∆ Tip fluid

Lichid Gaz Abur supraîncălzit Abur saturat Abur

21PPr <∆

r

vP

QK ∆

= ρ

r

N N

vPP

T QK

∆=

2

1

514

ρ

r

m

vP

vQK

∆=

2

6,31

1002 ≤P bar

r

m

vPP

QK

∆

=

24,22 m

v

QK =

22

1002 >P bar

r

mv

P

vQK

∆=

"2

6,31 v

QK =

3

21P

Pr >∆ 1

1

257 P

T Q

K N N

v

ρ

= 1

22

6,31 P

vQ

K m

v =

1002 ≤P bar

14,22

2

P

QK m

v = K v =

1002 >P bar

1

"22

6,31 P

vQK m

v = 3

QK v =

Notaţii şiunităţile de

măsură

Q – debitvolumic în m3 /h

Q N – debit volumic înm3

N /hQm – debit masic înkg/h

Qm – debit masic înkg/h

Qm – debitkg/h

-

P1 – presiunea înamonte în bar;P2 – presiunea în aval

în bar

P1 – presiunea înamonte în bar

P1 – presiunea înamonte în bar;P2 – presiunea în aval

în bar

P1 – presiamonte în P2 – presiu

în bar

r P∆ - căderea de presiune pe robinet

ρ - densitate înkg/dm3 ρ N - densitate normală în kg/m3N

v2 – volumulspecific al aburuluila P2 şi T 1 în m3 /kg

v2” – volumul specific

al aburului saturat laP2 în m3 /kg

v f – volum

aburului umm3 /kg; x – titlul ab





114

3.4.2. Relaţii moderne pentru calculul K v

Relaţiile moderne pentru calculul K v au la bază standardele ISA(Instrument Society of America) şi sunt caracterizate prin abordarea tuturorregimurilor de curgere (laminară, în regim de trecere, turbulentă,

cavitaţională, total sugrumată) şi a unei mari varietăţi de sisteme hidraulice[13, 14, 15, 16]. Relaţiile de calcul asociate dimensionării robinetelor dereglare utilizând relaţii moderne de calcul sunt specifice şi tipului de fluid.Astfel, standardele ISA fac referire la fluide incompresibile şi fluidecompresibile. Pentru fluidele incompresibile, sunt tratate atât cazurilefluidelor care nu vaporizează la trecerea prin robinetul de reglare şi cât şicazurile fluidelor în curgere restricţionată. În figura 3.12 este prezentată schema logică a algoritmului de calcul pentru fluidele incompresibile carenu vaporizează la trecerea prin robinetul de reglare.

Fig. 3.12. Algoritmul de calcul pentru dimensionarea robinetelor de reglarepentru lichide incompresibile, în regimul de curgere turbulent

f ără vaporizare la trecerea prin robinet.





115

Elementele introduse prin standardele ISA pentru algoritmulprezentat în figura 3.12 sunt:

F p - factorul de geometrie al conductei;

iζ - coeficienţi de pierdere datorită reducţiilor de la intrarea

sau ieşirea din robinetul de reglare şi coeficienţiBernoulli la intrare-ieşire.

Pornind de la o estimare a produsului v pK F , calculul decurge

iterativ, până când robinetul ales asigură modulul de debit impus şi corectat în condiţiile de curgere hidraulică.

Pentru fluidele incompresibile, aflate în curgere restricţionată,algoritmul de alegere a robinetelor de reglare are forma prezentată înschema din figura 3.13. Elementele specifice introduse de standard sunt:

F F – raportul dintre presiunea aparentă din vena contracta şipresiunea de vapori a lichidului, la temperatura din

amonte;F L – factorul de recuperare a presiunii pentru robinete f ără reducţiiasociate;F LP – factorul de recuperare a presiunii pentru robinete cu reducţiiasociate.





116

Fig. 3.13. Algoritmul de calcul pentru dimensionarea robinetelor de reglarepentru lichide incompresibile, în regimul de curgere restricţionată.





117

3.4.3. Criterii pentru alegerea elementelor de execuţie

Alegerea elementelor de execuţie este o activitate complexă,cuprinzând elemente de natură tehnică, elemente de natură financiară cât şi

elemente de natură comercială. Elementele de natură tehnică se referă lacalculul parametrilor tehnici asociaţi elementelor de execuţie ale sistemelorautomate de reglare. Elementele financiare vizează valoarea investiţiei şivaloarea cheltuielilor de exploatare ca element de decizie în alegereaelementelor de execuţie. Elementele de natură comercială sunt legate deoferta producătorilor de elemente de execuţie tipizate (care sunt produse şivândute la un preţ acceptabil financiar). În cele ce urmează vor fi analizateaceste criterii pentru alegerea elementelor de execuţie tip robinet de reglare.

3.4.3.1. Criterii constructive în alegerea robinetelor de reglare

Criteriul constructiv implicat în alegerea robinetelor de reglare sereferă la tipul robinetului de reglare. În prezent, producătorii realizează omare diversitate de tipuri de robinete de reglare. Principalele criterii declasificare a tipurilor de robinete de reglare au fost prezentate în paragraful3.3.1.

3.4.3.2. Criteriul modului de debit standardizat

Producătorii de robinete de reglare oferă inginerilor date despretipurile de robinete de reglare produse în serie. Acestea conţin valori alemodulul de debit standardizat K vs, valori ale diametrului nominal alrobinetului Dn, valori pentru factorul de recuperare a presiunii pentrurobinete f ără reducţii asociate F L. Un exemplu al ofertei producătoruluiautohton de robinete de reglare, Întreprinderea de Utilaj PetrolierTârgovişte, este prezentată în tabelul 3.8. Robinetele de reglare prezentateau în construcţie un scaun şi pot fi operate la presiunea nominală Pn 40 şi Pn 64. Modulul de debit K vs este cuprins în domeniul 140010 K , iar diametrulnominal Dn este fabricat în domeniul 35015K mm.





118

Tabelul 3.8

Valori standardizate ale modului de debit K vs, pentru robinetele de reglare produse de I.U.P. Târg

H[mm]

30 35 45 55

Ds[mm]

4 5 6 810

12

15

18

25

28

32

40

50

65

80

100

125

150

200

Kvs0,1

0,2

0,4

0,6

0,93

1,33

2,1

3 4 5 9 13

18

20

30

40

65

90

140

200

300

420

D i a m e t r u l n o m i n a l

1520253240506580100

125

15

0200

25





119

0300

350





120

3.4.3.3. Criteriul caracteristicii intrinseci şi de lucru a organului de

reglare

Alegerea tipului robinetului de reglare reprezintă o problemă majoră

în alegerea robinetelor de reglare. Pentru rezolvarea acestei problemetrebuie avute în vedere următoarele:

a) pentru fiecare buclă de reglare trebuie aleasă aceacaracteristică intrinsecă a organului de reglare şi implicit arobinetului de reglare astfel încât, împreună cu celelalteelemente ale buclei, să producă cea mai mică variaţie aamplificării sistemului de reglare automată;

b) pentru fiecare buclă de reglare trebuie aleasă aceacaracteristică de lucru a organului de reglare şi implicit arobinetului de reglare astfel încât, împreună cu celelalteelemente ale buclei, să producă o caracteristică de lucruliniară pentru sistemul de reglare automată.

Varietatea mare a fluidelor, a regimurilor de curgere şi a sistemelorde reglare automate contribuie la dificultatea alegerii caracteristiciiintrinseci a organului de reglare. Având în vedere faptul că cele mai utilizatecaracteristici intrinseci ale organelor de reglare sunt cele liniare şilogaritmice, în cele ce urmează vor fi prezentate recomandări privindalegerea robinetelor de reglare pentru cele mai uzuale sisteme de reglareautomată.

Recomand ă ri privind alegerea robinetului de reglare din cadrulSRA debit. Sistemul de reglare automată a debitului cu structura cea maicomună este ilustrat în figura 3.14. Sistemul hidraulic este caracterizat prin

pompă centrifugală, presiunea la capătul conductei Pv şi rezistenţelehidraulice R1 şi R2. Sistemul de reglare al debitului poate avea un traductorde debit cu caracteristică statică liniară (traductor de debit masic Coriollis)sau un traductor de debit cu caracteristică statică neliniară (diafragmă)prevăzut sau nu cu element de liniarizare a debitului (extractor de radical).Sistemul de reglare a debitului poate îndeplini funcţia de reglare destabilizare (prescriere constantă) sau reglare de urmărire (prescrierevariabilă). În tabelul 3.9 sunt prezentate recomandări pentru alegereacaracteristicii intrinseci a robinetelor de reglare utilizate în cadrul sistemelorde reglare a debitului [2 ].





121

Tabelul 3.9

Recomandări pentru caracteristica intrinsecă a robinetelor de reglareutilizate în cadrul SRA debit

ReglareCaracteristica

traductorului dedebit

Ψ Perturbaţii ale

SRA

Caracteristicaintrinsecă

recomandată

destabilizare

Qr ≈

1 Pr0, Pv, T , v, ρ

logaritmică

2Qr ≈

liniară când

21 ii QQ ≠

Qr ≈ 1<

Pr0, Pv, R1, R2,T , v, ρ

logaritmică 2Qr ≈

deurmărire

Qr ≈ 1

Variaţiileperturbaţiilorneglijabile înraport cumodificărileprescrierii

liniară corectată cuextractor de

radical30 ,

> liniară

30 ,≤ logaritmică

2Qr ≈ 1 logaritmică

f ără corecţii cuextractor de

radical1< liniară

Fig. 3.14. Structura comună a SRA debit: Pr0 – presiunea de refulare a

pompei centrifugale; Q – debitul volumic; R1 – rezistenţa hidraulică aconductei şi reducţiilor din amonte de robinet; R2 – rezistenţa hidraulică aconductei şi reducţiilor din aval de robinet; ∆Pr – căderea de presiune pe

robinetul de reglare; Pv - presiunea la capătul conductei.





122

Recomand ă ri privind alegerea robinetului de reglare din cadrulSRA nivel. Sistemul de reglare automată a nivelului aduce noi aspecte înalegerea caracteristicii intrinseci a organului de reglare şi implicit a tipuluide robinet de reglare. Elementele avute în vedere la alegerea caracteristicii

intrinseci a robinetului de reglare sunt următoarele:− Caracteristica dinamică a procesului de acumulare a

lichidului. Procesul de acumulare poate avea un caracterintegrator (sistemele de acumulare pentru care ( )h f Qe ≠ )

sau element aperiodic de ordinul I (sistemele de acumularepentru care ( )h f Qe = ).

− Structura SRA nivel. Acesta poate avea drept mărime deexecuţie debitul de intrare Qi sau debitul de ieşire Qe.

− Tipul prescrierii. Aceasta poate fi constantă, în cazulsistemelor de stabilizare, implicând variaţii mari a mărimiide execuţie (Qi sau Qe) sau variabilă, în cazul sistemelor de

urmărire.

În figura 3.15 este prezentat un exemplu de sistem de reglare anivelului, caracterizat ca un sistem de stabilizare, mărimea de execuţie fiinddebitul de intrare Qi. Pentru acest tip de sistem de reglare automată,recomandările de selecţie a caracteristicii intrinseci a robinetului suntprezentate în tabelul 3.10 [2 ].

Tabelul 3.10

Recomandări pentru caracteristica intrinsecă a robinetelor de reglare

utilizate în cadrul SRA nivel

Tipul prescrierii ψ Perturbaţii ale SRACaracteristica

intrinsecă recomandată

Constantă 1 Qi, Pr0, Pv, T , v, ρ logaritmică Variabilă 1< Qi, Pr0, R1, Pv, T , v, ρ logaritmică Constantă 1 Qe, Pav, R2, (Pv), T , v, ρ liniară

Variabilă 30 ,>

Qe, Pav, R2, (Pv), T , v, ρ liniară

30 ,≤ logaritmică





123

Fig. 3.15. Exemplu de sistem de reglare a nivelului: Pr0 – presiunea de

refulare a pompei centrifugale; Q – debitul volumic; R1 – rezistenţahidraulică a conductei şi reducţiilor din amonte de robinet; R2 – rezistenţahidraulică a conductei şi reducţiilor din aval de robinet; ∆Pr – căderea de

presiune pe robinetul de reglare; Pv - presiunea la capătul conductei.

Recomand ă ri privind alegerea robinetului de reglare din cadrulSRA presiune. Sistemul de reglare automată a presiunii este tratat înliteratură numai pentru cazurile în care sursa de presiune este un compresor

iar gazul se acumulează într-un vas tampon. Elementele avute în vedere laalegerea caracteristicii intrinseci a robinetului de reglare sunt următoarele:− Dispunerea robinetului de reglare în raport cu traductorul de

presiune. Conform acestei caracterizări, robinetul de reglarepoate fi amplasat înaintea traductorului, reglând astfelpresiunea din avalul robinetului (reducere de presiune) saudupă traductor, menţinând presiunea din amonte de robinet(suprapresiune).

− Necesitatea ca amplificarea dhdP1 în cazul reglării

suprapresiunii, respectiv amplificarea dhdP2 în cazulreglării reducerii presiunii, să fie cât mai constantă îndomeniul de variaţie a cursei h.

Studiile întreprinse de Marinoiu au condus la unele criterii pentrualegerea tipului de robinet de reglare în cazul sistemelor de reglare apresiunii, tabelul 3.11 [2 ].





Tabelul 3.11

Recomandări pentru caracteristica intrinsecă a robinetelor de reglareutilizate în cadrul SRA presiune

Prescriere 1r P∆ PerturbaţiiCaracteristica

intrinsecă recomandată Constantă 0 R2, Pv logaritmică Constantă 0≠

Pr0, R1, R2, Pv logaritmică

Variabilă 0 sau 0≠ logaritmică

Recomand ă ri privind alegerea robinetului de reglare din cadrulSRA temperatură . Sistemul de reglare automată a temperaturii a fost studiat

de Samal, Siemers şi Shinskey [17, 18, 19]. Rezultatul studiilor esteprezentat în tabelul 3.12 sub forma unor recomandări privind alegerearobinetelor de reglare pentru sistemul de reglare a temperaturii pentrucuptoarele tubulare.

Tabelul 3.12

Recomandări pentru caracteristica intrinsecă a robinetelor de reglareutilizate în cadrul SRA temperatură

Prescrierea SRA-T Ψ Perturbaţii

majore

Caracteristica

intrinsecă recomandată

Constantă

Pr0 logaritmică 1< Pr0 logaritmică

Q p logaritmică

liniară

Constantă sauvariabilă

1T in

liniară 30 ,≤ logaritmică 30 ,> liniară

cond autom proc_cap 5

Documents