Решение ПЗ.ТАУ - 7
.docxПрактическое задание
Произвести расчет и построить статическую характеристику объекта в автоматической системе регулирования, при следующих условиях:
объём сборника газа (объекта), V, м3; регулируемый параметр – давление газа в объекте – р; приток газа из сети G1; расход газа потребителям G2; избыточное давление газа в сети до объекта р1; давление газа на стороне потребителей р2; заданное значение регулируемого параметра р3.
Истечение газа на притоке и расходе происходит по законам докритического истечения. Коэффициенты расхода α1 и α2 по значению могут быть приняты равным. Плотность газа на стороне притока и расхода ρ1=ρ2. Переменные проходные сечения регулирующих органов на притоке F1 и расходе F2 изменяются в пределах от 0,1 до 1,0 м2.
Используя построенную расчетную статическую характеристику объекта, определить по ней степень самовыравнивания ρс для средних значений F1 , а также коэффициенты передачи Коб и емкости εсб сборника газа.
Данные для варианта 7:
V = 50 м3
р1 = 360 кПа
р2 = 0,0 кПа
р3 = 260 кПа
Решение
По условиям задачи к объекту регулирования ОР подводится газ с давление Р1 через регулирующий орган с проходным сечением F1 и отводится через регулирующий орган F2.
G1 F1 F2
ОР
G2
Р1 Р = Р3 Р2
(Рис. 1)
При статическом режиме работы ОР приход G1 равен его расходу G1 = G2, где
;
т.е.
С учётом принятых в условии задачи допущений ()имеем :
Подставив числовые значения и получим
Разделив числитель и знаменатель на , получим соотношение для регулируемого параметра( давления в газосборнике)
Используя эту зависимость построим график 1 семейства статических характеристик Р = f(F2) для значений F1 = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0 м2.
В таблице 1 сведены расчёты для построения графика семейства статических характеристик. На графике 1 изображена статическая характеристика Р=f(F2) для значений F1=0,1; 0,4; 0,5; 1,0. Так же изображен диапазон открытия F1 и F2 клапанов на входе и выходе ОР (0,1 … 1,0), позволяющие поддержать заданное регулируемое значение давления газа Ррег = Р3 = 260 кПа.
Таблица 1
F1 F2 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
0,1 |
180 |
72 |
36 |
21,2 |
13,8 |
9,7 |
7,2 |
5,5 |
4,4 |
3,6 |
0,2 |
288 |
180 |
110,8 |
72 |
49,7 |
36 |
27,2 |
21,2 |
16,9 |
13,8 |
0,3 |
324 |
249,2 |
180 |
129,6 |
95,3 |
72 |
55,9 |
44,4 |
36 |
29,7 |
0,4 |
338,8 |
288 |
230,4 |
180 |
140,5 |
110,8 |
88,6 |
72 |
59,4 |
49,7 |
0,5 |
346,2 |
310,3 |
264,7 |
219,5 |
180 |
147,5 |
121,6 |
101,1 |
84,9 |
72 |
0,6 |
350,3 |
324 |
288 |
249,2 |
212,5 |
180 |
152,5 |
129,6 |
110,8 |
95,3 |
0,7 |
352,8 |
332,8 |
304,1 |
271,4 |
238,4 |
207,5 |
180 |
156,1 |
135,7 |
118,4 |
0,8 |
354,5 |
338,8 |
315,6 |
288 |
258,9 |
230,4 |
203,9 |
180 |
158,9 |
140,5 |
0,9 |
355,6 |
343,1 |
324 |
300,6 |
275,1 |
249,2 |
224,3 |
201,1 |
180 |
161,1 |
1 |
356,4 |
346,2 |
330,3 |
310,3 |
288 |
264,7 |
241,6 |
219,5 |
198,9 |
180 |
График 1
Р,кПа
По графику 1 определили среднее значение F1ср = 0,37 в выделенном диапазоне.
Построим график 2 статической характеристики газообменника Р3 = f(F2) при F1ср=0,37.
таблица 2
F2 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
P3=f(F2) |
335 |
279 |
217 |
166 |
127 |
99 |
79 |
63 |
52 |
43 |
Линеаризируем полученную кривую, для этого найдем точку А пересечения постоянного давления Ррег и статической характеристики; через точку А провести касательную к статической характеристике; эта касательная и будет линеаризованной статической характеристикой объекта регулирования ОР.
График 2
Р, кПа
Используя построения, приведенные на рис. 3, принимаем диапазон изменения давления ΔР в ОР, находим соответствующее ему изменение проходного сечения ΔF2 и рассчитываем:
- коэффициент усиления (передачи) объекта регулирования:
= = 625 ;
- степень самовыравнивания:
, где , ;
∆ϑ = = 0,08; ∆δ = = 0,139; λ = = 0,58.
- коэффициент емкости газосборника (ОР) ; т.е. количество газа,
которое необходимо подать в газосборник, чтобы давление газа изменилось на 1 кПа. Для численного решения принимаем газ - метан, процентный состав которого: Н4 – 25%, С - 75%. Рассчитываем зависимость G = f(P), используя уравнение состояния газа
.
Условно принимаем, что температура газа Т, К в газосборнике с объемом V, не меняется при изменении в нем давления Р, Па и Т=283 К.
,
где R, универсальная газовая постоянная (для идеального газа 8,31 Дж/(моль К)).
, где - массовые доли компонентов в массе смеси, (кг)
,
- плотности компонентов; - удельные объемы компонентов газа; -
количество массовых единиц в молекуле каждого компонента смеси, кг.
m(CH4) = 12 + 1 4 = 16 (г/моль);
масса 1 моль метана 12 0,75 + 4 0,25 = 10 г.