Использование дозаторов для пропорционального дозирования
Пропорциональное дозирование является одним из самых распространенных. Поэтому разработано значительное количество пропорциональных дозаторов жидкости или, как их иногда называют, пропорционаторов. Встречается необходимость поддержания расхода потока жидкости пропорциональным изменяющемуся потоку сыпучего, жидкого или газообразного вещества. Пропорциональность может поддерживаться по объему или по массе дозируемых потоков.
Широко применяются в качестве пропорционаторов дозаторы всех систем с введением связей, обеспечивающих зависимое регулирование.
На базе дозаторов жидкости непрямого действия пропорциональные дозаторы строятся по схемам, приведенным на рис. 1. Схема рис. 1,а применима лишь при постоянстве напора дозируемой жидкости и при подаче жидкостей в сосуд с постоянным давлением, в частности атмосферным. При соединении трубопроводов 1 и 8, в последнем из которых давление нестабильно, точность дозирования будет нарушена, и поэтому такое соединение недопустимо. Соотношение расходов основной и дополнительной жидкости определяется в блоке сравнения 7, для чего в нем имеется реостат-задатчик, делящий напряжение, снимаемое с позиционера 4.
Рис. 1. Схемы непропорционаторов непрямого действия.
а - с постоянством напора дополнительной жидкости, б - со смешением жидкостей в трубопроводе,
1 - трубопровод дополнительной жидкости, 2 - регулирующий орган дополнительной жидкости,
3 - сервопривод регулирующего органа 2, 4 - позиционер, 6 - усилитель, 7 - блок сравнения,
8 - трубопровод основной жидкости, 9, 9` - преобразователь сигнала расхода,
10, 10`, 11, 11` - расходомеры.
Схема рис. 1,б, имея датчики расхода в потоке основной и дополнительной жидкостей, обеспечивает поддержание заданного соотношения компонентов при больших колебаниях давлений. Эта схема требует применения второго расходомера, но зато имеется возможность отказаться от позиционера на регулирующем органе, так как обратная связь осуществляется через поток жидкости.
Основной поток в приведенных схемах может быть не только жидкостным, но и газовым, а также сыпучим материалом. В последнем случае, естественно, для контроля расхода используются соответствующие датчики.
Насосы дозаторы жидкости нередко имеют по несколько рабочих головок, предназначенных для подаче разных жидкостей и иногда - газов. На рис. 2 изображен насос дозатор с четырьмя рабочими головками, предназначенный для одновременной пропорциональной подачи газа (головка ) и двух жидкостей (головки 4 и 8).
Различие конструкций головок объясняется особенностями дозируемых веществ и их количественным соотношением. Регулирование соотношения между компонентами достигается изменением хода рабочих органов посредством коромысловых передач 5, 9, 10. Общее регулирование производительности выполняется за счет изменения скорости вращения привода.
При дозировании жидких веществ в определенной пропорции с сыпучими регулирование скорости вращения привода насоса дозатора жидкости производится по сигналу от устройства, измеряющего интенсивность потока сыпучего материала.
Широко распространена схема с временным управлением насосом дозатором.
Рис. 2. Четырехголовочный насос-дозатор.
1 - поршневая насосная головка, 2 - тахогенератор, 5 - главный вал, 4 - плунжерная насосная головка,
5 - коромысло, 6 - обойма, 7 - эксцентрик, 8 - мембранная головка,
9, 10 - регулятор величины хода, 11, 12 - главный привод.
Расходомер, установленный на основном потоке, интегрирует его расход и периодически выдаст сигнал на включение насоса дозатора. Возможна работа системы либо по командам от расходомера после прохода определенного заданного количества вещества, либо через заданные интервалы времени. По первому из изложенных способов включение насоса дозатора производится каждый раз на постоянный промежуток времени, а регулирование соотношения основного и дополнительного потоков достигается установкой времени работы насоса. По второму способу длительность включения насоса-дозатора каждый раз определяется количеством прошедшего основного вещества. Для этого сигнал расхода преобразуется во временной сигнал, управляющий отключением насоса. Регулирование соотношения потоков осуществляется изменением коэффициента преобразования сигналов. Интервалы, через которые включается насос, задаются внешним программным устройством, в частности, электроконтактными часами.
Пропорциональные дозаторы жидкости прямого действия (рис. 3) строятся по замкнутой схеме с воздействием сигнала основного потока на выходной регулирующий орган 10. В качестве датчиков расхода в таких дозаторах наиболее уместно использование сужающих устройств без вторичных показывающих приборов.
Рис. 3. Пропорционатор прямого действия.
1 - сужающее устройство, 2 - импульсные трубки, 3 - игольчатый клапан,
4,5,6 - мембранный сервопривод профильного тела 10, 7 - рычаг, 8 - поплавок с тягой 8, 11 - газоотвод.
Перепад давлений на сужающем устройстве подается непосредственно на сервопривод регулирующего органа. Сервопривод принимается преимущественно мембранного типа. Площадь мембраны и профиль регулирующего органа определяется из системы уравнений
?pSM + ?/4 [? (x)]2 p + kx = 0,
где SM - площадь мембраны,
х - перемещение регулирующего органа,
m1 = ?1 ? (2g/?) ( ? (D2 - d2) /4);
N = Q1/Q2 - соотношение расходов основного и дополнительного потоков;
D, d - диаметры проходного отверстия и регулирующего органа в плоскости отверстия;
р - давление в плоскости проходного отверстия;
?p - перепад давлений на диафрагме.
Изменение соотношения расходов достигается изменением положения поплавка 9 относительно рычага 7. Применение поплавков различных форм позволяет получить нужный закон регулирования подачи дополнительной жидкости. Для исключения противодавления сосуд, куда подается дозируемая жидкость, должен быть под тем же давлением, что и дополнительная жидкость, в частности, под атмосферным. Патрубок как раз и предназначен для уравнивания давления. Подобный дозатор жидкости целесообразно объединять со смесителем, который размещается в нижнем сосуде.
Интересны пропорциональные дозаторы со стабилизацией расхода основной жидкости и поддержанием общего напора обеих жидкостей в баке с переливом. Соотношение расходов в этом случае выдерживается за счет постоянства раскола через диафрагму в дне сосуда. Регулирование общего расхода может производиться величиной напора или сменой диафрагмы, а возможно также и открытием вентиля, устанавливаемого вместо диафрагмы. Соотношение расходов регулируется за счет потока основной жидкости, контролируемого по расходомеру. Наряду с недостатками, указанными в литературе, нужно отметить необходимость остановки процесса для установки общей производительности и влияние свойств дополнительной жидкости на точность дозирования и соблюдение пропорции. Например, если вязкость дополнительной жидкости существенно отличается от вязкости основной, то суммарный расход будет ниже определенного по истечению основной жидкости, и, следовательно, нарушится и общее количество выдаваемой жидкости и соотношение компонентов. Вместе с тем нельзя не отметить исключительной простоты устройства, не имеющего вообще движущихся в процессе дозирования частей.
Близким по принципу действия к описанному является устройство для пропорционального дозирования с истечением через калиброванные отверстия из сосудов с рассчитанными поперечными сечениями и величинами напора.
Регулирование производительности достигается за счет одновременного изменения подачи воздуха в сосуды с жидкостями посредством одного крана на общей воздушной магистрали. Соотношение расходов зависит от принятой площади поперечного сечения сосудов и наполнения их жидкостями.
Неизменным в процессе дозирования соотношение расходов остается только при одной величине заполнения сосудов. Подобное устройство может быть выполнено и для одновременного дозирования большего числа жидкостей. На каждую жидкость необходим свой сосуд.
Недостатком данного устройства является необходимость его зарядки с прекращением технологического процесса, и это обстоятельство определяет сферу его применения: для дозирования малых количеств жидкостей в условиях лабораторий.
Расчеты рассмотренных пропорционаторов сводятся к расчету отдельных входящих в них дозаторов жидкости.