§ 6. Свойства объектов автоматического регулирования

В нефтяной и газовой промышленности встречаются самые раз­личные по назначению конструкции и принципу действия объекты ре­гулирования, например: газосборный коллектор, сепаратор, теплооб­менник, газовая турбина, нефтяная скважина, групповая установка, емкость для сбора нефти и т. д.

Однако, как уже указывалось, при построении системы автомати­ческого регулирования рассматривают не конкретные конструктивные особенности элементов и систем, а их статические и динамические свойства. Это положение распространяется и на объекты регулирования. Принято различать объекты с сосредоточенными и распределен­ными параметрами.

В объектах с сосредоточенны ми пар, а метрам и значе­ние регулируемого параметра в состоянии равновесия можно считать одинаковым во всех точках объекта. Например, установив на газовом сепараторе манометр, можно утверждать, что давление и во всех дру­гих точках сепаратора равно этой величине.

В переходном режиме значение регулируемого параметра в таких объектах зависит только от времени, и поэтому их динамические свойства описываются обыкновенными дифференциальными уравне­ниями.

В объектах с распределенными параметрами регули­руемый параметр может принимать различные значения в отдельных точках объекта. Обычно это характерно для объектов, имеющих зна­чительные геометрические размеры. Так, например, давление газа в различных точках магистрального газопровода в состоянии равно­весия неодинаково. В переходном режиме регулируемый параметр в таких объектах изменяется как во времени, так и в пространстве (в нашем примере—по длине газопровода), а их динамические свой­ства описываются диффернециальными уравнениями в частных про­изводных.

Объекты регулирования обладают способностью накапливать (аккумулировать) рабочую среду. Это свойство объектов называет­ся емкостью. Чем больше емкость объекта, тем больше его инер­ционность и тем меньше скорость изменения его регулируемого пара­метра. Например, при регулировании уровня жидкости емкость объекта характеризуется объемом жидкости, при регулировании тем­пературы—теплосодержанием объекта, при регулировании давления газа—массой газа в объекте.

Если переход рабочей среды из одного участка объекта в другой осуществляется свободно, то такой объект называется одноемко­стным. К таким объектам относятся, например, резервуары, в ко­торых регулируется уровень жидкости.

Если переход рабочей среды из одного участка объекта в другой затруднителен, то такой объект называется многоемкостным. Например, теплообменники, в которых тепло передается через пере­городку между емкостями, относятся к многоемкостным объектам. Теоретически теплообменник следует считать трехъемкостным объек­том, так как перегородка также аккумулирует тепло и является как бы третьей емкостью. Однако, вследствие небольшой толщины этой перегородки и ее хорошей теплопроводности, этой емкостью пре­небрегают и относят теплообменник к двухъемкостным объектам.

Многие объекты регулирования обладают свойством самостоятель­но, без участия регулятора приводить к нулю несоответствие между притоком и расходом, а регулируемый параметр—к новому устано­вившемуся значению. Такое свойство объектов называется самовыравниваниём. Примером объекта с самовыравниванием может слу­жить резервуар, в который сверху поступает жидкость, а снизу че­рез отверстие она свободно вытекает.

При увеличении притока жидкости в резервуар в нем будут расти уровень и давление столба жидкости, а следовательно, и расход ее из резервуара. При равенстве между расходом и притоком уровень жидкости примет новое постоянное значение.

Объекты с самовыравниванием называют также устойчивыми или статическими.

Примером объекта без самовыравнивания может служить резер­вуар, из которого жидкость откачивается насосом с постоянной про­изводительностью.

При превышении притока жидкости над расходом уровень в та­ком объекте будет неограниченно возрастать.

Объекты без самовыравнивания называют также нейтральными или астатическими.