Návrh průmyslového regulátoru tlaku Diplomová práce

Transkript

1 Návrh průmyslového regulátoru tlaku Diplomová práce Autor: Vedoucí práce: Bc. Ondřej Plachý Ing. Lukáš Hubka, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

2 Motivace a cíle práce Vytvořit vlastní inovativní návrhy konstrukčního řešení regulátoru tlaku a zvolit nejvhodnější konstrukci. Prostudovat problematiky tlakových regulátorů a popsat současný stav vývoje. Popsat technologické postupy výroby prototypu a nutné úpravy pro sériovou výrobu. Provést měření na vytvořených regulátorech a vyhodnotit výsledky. Porovnat navržené regulátory s používanými průmyslovými regulátory tlaku. 2

3 Regulace Proces, který má za úkol udržovat určitou fyzikální veličinu na požadované hodnotě. 3

4 Regulace tlaku vzduchu Základní typy tlakových regulátorů: - Mechanické - Elektronické Základní parametry regulátoru tlaku: - Vstupní tlak - Výstupní tlak - Opakovatelná přesnost - Objemového průtok - Tlaková diference při daném průtoku 4

5 Tvorba vlastních konstrukčních řešení Výchozí konstrukční řešení - vysokotlaký regulátor. 5

6 Tvorba vlastních konstrukčních řešení První varianta návrhu v podobě podélného regulátoru tlaku. 6

7 Tvorba vlastních konstrukčních řešení První varianta návrhu v podobě podélného regulátoru tlaku řez. 7

8 Tvorba vlastních konstrukčních řešení Druhá varianta návrhu v podobě kolmého regulátoru tlaku. 8

9 Tvorba vlastních konstrukčních řešení Druhá varianta návrhu v podobě kolmého regulátoru tlaku - řez. 9

10 Technologické postupy výroby Postup při výrobě prototypu. Stolní univerzální soustruh, stolní frézka. 10

11 Technologické postupy sériové výroby Postup výroby prototypu nevhodné pro sériovou výrobu. Úprava návrhu. Redukce kovových dílů. Využití tlakového vstřikování plastu. CNC obrábění. 11

12 Průtok [l/min] Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Výsledky měření podélného regulátoru tlaku Minimální výstupní tlak 0,7 bar Maximální výstupní tlak 10,9 bar Opakovatelná přesnost výstupního tlaku 2% Maximální objemový průtok 674 l/min 800,0 Pokles výstupního tlaku při daném průtoku vzduchu 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Tlak [bar] 12

13 Průtok [l/min] Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Výsledky měření kolmého regulátoru tlaku Minimální výstupní tlak 0 bar Maximální výstupní tlak 8,2 bar Opakovatelná přesnost výstup. tlaku 2% Maximální objemového průtok 876 l/min 1000,0 Pokles výstupního tlaku při daném průtoku vzduchu 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 4,05 4,10 4,15 4,20 4,25 4,30 4,35 4,40 4,45 4,50 4,55 Tlak [bar] 13

14 Průtok [l/min] Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Výsledky měření průmyslového reg. tlaku Minimální výstupní tlak 0 bar Maximální výstupní tlak 5 bar Opakovatelná přesnost výstup. tlaku 2% Maximální objemového průtok 877 l/min 1000,0 Pokles výstupního tlaku při daném průtoku vzduchu 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 4,10 4,20 4,30 4,40 4,50 4,60 4,70 4,80 Tlak [bar] 14

15 Průtok [l/min] Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření Porovnání výsledků měření regulátorů 1000,0 900,0 800,0 700,0 Pokles výstupního tlaku při daném průtoku vzduchu 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1 4,3 4,5 4,7 4,9 Tlak [bar] Podélný regulátor Kolmý regulátor Průmyslový regulátor Parametr Podélný reg. Kolmý reg, Průmyslový reg. Min. výstupní tlak [bar] 0,7 0 0 Max. výstupní tlak [bar] 10,9 8,2 5 Opakovatelná přesnost [%] Max. objem. průtok [l/min]

16 Závěr Dosažení obdobných parametrů regulace navrženého kolmého regulátoru jako má průmyslový regulátor. Předpoklad dalšího zlepšení regulačních parametrů použitím lepší technologie výroby přepouštěcích kanálků. V případě úpravy návrhu redukování ceny a zajištění jednoduší sériové výroby. Možnost dalšího využití pro jiné plyny popřípadě i kapalná media. 16

17 Děkuji za pozornost KONEC 17

18 Otázka oponenta? Uveďte rozdíly mezi klasickým přepouštěcím ventilem a regulátorem a dokažte, že jde skutečně o regulátor. Rozdíly: Možnost nastavení velikosti výstupního tlaku. Odolnost proti změně výstupního tlaku změnou vstupního tlaku. Regulace je proces, který má za úkol udržovat určitou fyzikální veličinu na požadované hodnotě, případně v požadovaných mezích. 18

19 Otázka vedoucího? Poslední varianta Vašeho regulátoru má v pístu sérii třiceti přepouštěcích kanálků. Není takové množství (při daných rozměrech) na úkor pevnosti? Máte otestovánu pevnost celého regulátoru? Část pístu s kanálky je namáhána pouze rozdílovým tlakem působící po obvodě pístu, nikoliv podélnými silami. Píst byl vyroben ze slitiny hliníku označené AW 7075 jejíž pevnost je přibližně 4x větší než má běžně používaná slitina hliníku. Regulátor byl testován 1,5 násobkem provozního tlaku a počítán s koeficientem bezpečnosti S větší jak