КАФЕДРА «Эксплуатация судовых механических установок»
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И НАСТРОЙКИ РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ
Методические указания к лабораторной работе №1
по дисциплине:
«Судовые холодильные установки и
Системы кондиционирования
Воздуха».
Новороссийск
Г.
1. Цель работы:
Изучить устройство и принцип действия реле давления.
Приобрести навыки настройки одноблочного реле давления.
2.Теоретическая часть
Реле давления называется прибор, преобразующий изменения давления в замыкание или размыкание выходной электрической цепи.
В зависимости от числа чувствительных элементов, действующих на выходные контакты, различают реле одноблочные и двухблочные.
Одноблочные реле контролируют одно давление, в то время как двухблочные воспринимают два независимых давления, действующих на общие выходные контакты.
В судовом холодильном оборудовании реле давления предназначены для защиты компрессоров от недопустимо высокого давления нагнетания, низкого давления всасывания и для автоматического регулирования давления при работе холодильных установок.
2.1 Реле низкого давления одноблочное
(прессостат)
Принцип действия двухпозиционных реле давления основан на уравновешивании силы, создаваемой давлением контролируемой среды на дно чувствительного элемента (сильфона или мембраны), силами упругих деформаций винтовой цилиндрической пружины и чувствительного элемента.
Изменение давления передается рычажному механизму, который в свою очередь воздействует на двухпозиционное контактное устройство.
Контакты приборов реле давлений (РД) прессостатов размыкаются при понижении давления (шкала настройки показывает давление размыкания контактов) и замыкаются контакты при понижении давления на величину установленного дифференциала.
Рис. 1.Принципиальная схема(а)и характеристика (б) одноблочного прессостата
Основными узлами прессостата являются:
1- сильфон; 2-коробка; 3-упор пружины штока; 4-пружина; 5- толкатель;
6-рычаг дифференциала; 7-рычаг; 8-пружина; 9-пружина 10-винт;
11-указатель шкалы диапазонов; 12-шкала дифференциала;
13-шкала диапазона; 14- винт; 15- указатель шкалы дифференциала;
16-клемы подключение электросети; 17-неподвижный контакт;
18-подвижный контакт; 19-поводок; 20-пружина; 21-поворотный рычаг;
22- вертикальный рыч
Рассмотрим зависимости между основными величинами. Механизм переключения контакта обладает определенным дифференциалом, т.е.ходом, необходимым для перевода контакта из разомкнутого положения в замкнутое положение, и наоборот. Необходимое для этого перевода изменение давления является минимальным дифференциалом реле давления (Dxмин).Это значение имеет место при полностью отпущенной пружине 9. Условимся, что механизм реле отрегулирован так, что размыкание контакта происходит при достижении угла φ1 рычагом 7, а замыкание – при
φ2. Это показано на характеристике переключателя, изображенном на нижнем графике Рис.1 (б). Углы отсчитывают от положения упора рычага 7 на нижний выступ вилки рычага 6. Если повышать давление р,то рычаг 7начинает двигатьсяпри давлении рн, когда сила сильфона уравновешивает силы пружины 8 и 4. Приближенно можно считать, что угол поворота φ рычага пропорционален давлению, т.е
φ=kн(p-pн),
где: kн - жесткость системы при полностью отпущенной пружине 9.
Эта зависимость, изображена линией 1 на верхнем графике, является характеристикой механизма. Совмещая характеристику переключателя с характеристикой механизма, находим, что при давлении р2 контакт замыкается, а при давлении р1 размыкается. Отсюда минимальный дифференциал
Dxмин = (p2 - p1).
Если теперь создать натяг пружины 9, то при возрастании давления угол поворота φ будет линейно изменяться только до давления рв.
При дальнейшем повышении давления угол возрастать не будет до того момента, когда сила, развиваемая сильфоном, вновь не уравновесит все остальные силы и движение рычагов возобновится. Это произойдет при давлении рв и угле φ в.
Далее угол будет расти по закону
φ =kк(p-pв)+ φ в,
где; kк- жесткость системы с пружиной 9.Линия 2 показывает эту зависимость (рис.1б.)
ИУгол поворота φ2, при котором контакт замкнется, достигается при давлении р2, откуда дифференциал
Dх=р2-р1.
Видно, что х > хмин. При обратном процессе контакт размыкается при давлении р1. т.е. это давление не зависит от дифференциала. Это позволяет нанести на шкалу 13 (рис.1,а)величины, соответствующие давлениям размыкания.
Из отечественных реле давления наибольшее применение нашли приборы, технические характеристики которых,приведенные в таблице 1.
Технические характеристики реле давлений отечественного производства:
таблицa 1.
Тип Исполнение Приделы уставок Зона нечувствит. Погрешность Масса
прибора контрол.давлений регулируемая, срабатывания. кг.
кгс/см2 кгс/см2 кгс/см2
РД-1-01 Обыкновен. 0,3 - 4 0,4 –2,5 +0,2; -0,2 0,85
РД-2-03 Обыкновен. 7 - 19 2 - 5 +0,5; -0,5 0,75
РД-1М Обыкновен. 0,5 - 4 0,4 – 2,5 +0,3; -0,3 0,85
РД-2М Обыкновен. 5 - 11 1 – 2 +0,4; -0,4 0,75
РД-1Б-01 Брызгозащищ. -0,3 - +4 0,4 - 2,5 +0,4; -0,4 1.2
РД-2Б-02 Брызгозащищ. 1 - 7 1 - 2,5 +0,4; -0,4 1.2
РД-2Б-03 Брызгозащищ. 7 - 19: 2 - 5 +0,4; -0,4 1.2
РД-1ВМ-01 Пыленепрониц. -0.3 - 4 0.4 - 2,5 +0,4; -0,4 3
РД-2ВМ-02 -«- 7 - 19 2 – 5 +0,4; -0,4 3
РД-1Б-01ОМ5 -«- -0,3 +4 0,5-2,5 +0,17;-0,17 1,2
РД-2Б-01ОМ5 -«- -0,3 +4 0,5-2,5 +0,17;-0,17 1,2
РД-1Б-02ОМ5 -«- 1 - 10 1 - 8 +0,24;-0,24 1,2
РД-2Б-02ОМ5 -«- 1 - 10 1 - 8 +0,24; -0,24 1,2
рд-1Б-03ОМ5 -«- 7 19 2 - 5 +0.5; -0.5 1,2
рд-2Б-03ОМ5 -«- 7 19 2 - 5 +0.5; -0.5 1,2
рд-1Б-04ОМ5 -«- -0.95+1.5 0.4 -1 +0.1; -0.1 1,2
РД-1Б-05ОМ5 -«- 10 - 30 3 - 6; +_0,5; 1,2
рд-2Б-05ОМ5 -«- 10 - 30 3 - 6 +0.5; -0.5 1,2
рд-1Б-06ОМ5 -«- 20 - 60 5 – 20 +1.6; -1.6 1,2
рд-2Б-06ОМ5 -«- 20- 60 5 – 20 +1.6; -1.6 1,2
рд-3K водозащищен. -0,20 +1 0,2–0,6 -+0,035; 0,9
РД-5 брызгозащищ. 12 +19 2.5+0,2 -0,2 0,9
2.2 Одноблочное реле высокого давления
(маноконтроллер)
Принципиальная схема (а) и характеристика (б) реле высокого давления представлена на рис.2. Это реле аналогично реле низкого давления, отличие заключается в ином присоединении пружины 9 к рычагу 6, а также обратном расположении неподвижной части контакта. Из схемы следует, что с ростом давления в сильфонной коробке контакт размыкается. Зависимость угла поворота рычага поворота 7 от давления и характеристика переключателя показаны на рис.2,б. Предположим, что контакт реле разомкнут, а пружина 9 задатчика дифференциала полностью отпущена. Тогда при снижении давления контакт замкнется при угле поворота f1 и давление р1, а при повышении давления контакт разомкнется при угле f2 и давлении р2. Если пружина 9 имеет начальный натяг, то при снижении давления угол изменяется по линии 1 до угла fв(давление рв), где конец рычага 7 входит в соприкосновение с нижним выступом вилки рычага 6. При изменении давления от рв до р’в перемещение прекращается: приращение давления компенсирует начальный натяг пружины 9. Далее движение продолжается по линии 2, так что контакт замыкается при давлении р’1. При этом дифференциалы
Dx > Dxмин.
где: Dx=р2-р1, Dхмин=р2-р’1.
Из рис.2,б видно, что давление р2 не зависит от дифференциала, что дает возможность отградуировать шкалу 13 (рис 2.а) в величинах давления размыкания контакта.
Рис.2.Принципиальная схема (а) и характеристика (б) одноблочного реле высокого давления:
Основными узлами маноконтроллера являются:
1- сильфон; 2-коробка; 5- толкатель; 6-рычаг дифференциала; 7-рычаг;
8-пружина; 9-пружина 10-винт; 11-указатель шкалы диапазонов;
12-шкала дифференциала;13-шкала диапазона; 14- винт; 15- указатель шкалы диапазона; 16-клемы подключение электросети; 17-неподвижный контакт;
18-подвижный контакт; 19-поводок; 20-пружина; 21-поворотный рычаг;
22- вертикальный рычаг
2.3. Реле давления двухблочные.
Датчики-реле давления двухблочные также как и одноблочные предназначены для автоматического управления работой холодильной установкой путем размыкания и замыкания электрической цепи управления.
Принцип действия реле давления основан на уравновешивании сил, создаваемых давлением внутри чувствительных систем датчиков, силами винтовых цилиндрических пружин. При нарушении равновесия путем изменения давления контролируемой среды происходит перемещение свободных концов сильфонов, передающееся на рычажный механизм и переключающее устройство прибора, производящее замыкание и размыкание контактов электрической цепи.
2.3.1. Конструкция двухблочных реле давления.
По конструктивному исполнению сдвоенные датчики-реле давления представляют собой приборы, в которых размещены два датчика:
1 датчик низкого давления или блока низкого давления б.н.д.
2датчик высокого давления или блока высокого давления б.в.д. Датчик низкого давления соединяется с всасывающей линией компрессора, а датчик высокого давления с нагнетательной линией компрессора. Оба датчика воздействуют на одно общее переключающее устройство.
К узлам настройки датчиков относятся пружины диапазонов, пружина зоны нечувствительности, регулировочный винт диапазонов и винт зоны нечувствительности стопорные шайбы, указатели, шкалы и направляющие.
Как шкала датчика низкого давления, так и шкала датчика высокого давления настроены на размыкание контактов переключающего механизма. Контакты приборов размыкаются при понижении давления в датчиках низкого давления и замыкаются при повышении давления на величину зоны нечувствительности.
Контакты приборов в датчиках высокого давления размыкаются при повышении давления и замыкаются при понижении давления на величину зоны нечувствительности.
Принципиальная схема двухблочного реле приведена на рис. 3.
Рис.3.Принципиальная схема двухблочного реле давления:
1- Коробка с сильфоном б.н.д.; 2-сильфон б.н.д.; 3-толкатель б.н.д.;
4-рычаг дифференциала б.н.д.;5- пружина дифференциала б.н.д.;
6-винт дифференциала б.н.д.; 7- шкала дифференциала б.н.д.;
8- шкала диапазона б.н.д.; 9-пружина диапазона б.н.д.;
10-винт диапазона б.н.д.; 11-пружина регулировки б.н.д.;
12- микропереключатель; 13-винт регулировки б.н.д.;
14- винт диапазона блока высокого давления; 15- шкала диапазона б.в.д.;
16-пружина диапазона б.в.д.; 17-рычаг б.в.д.;
18-толкатель б.в.д.; 19- коробка б.в.д.; 20- сильфон б.в.д.;
Рис. 4 Конструкция двухблочного реле давления:
1-датчик низкого давления; 2-передаточный механизм; 3-корпус;
4-винт зоны нечувствительности; 5-винт диапазонов; 6-переключающий механизм; 7-клемная коробка; 8-винт заземления;9-датчик высокого давления.
Датчики представляют собой заключенные в кожух бронзовые или стальные нержавеющие сильфоны, посредством которых осуществляется связь между сильфоном и передаточными механизмами. Рычаги передаточных механизмов крепятся на панелях и объединены в узел – механизм рычажный передаточный. Блок низкого давления представляет собой коробку 1 с сильфоном 2, куда подается контролируемое низкое давление (например, давление всасывание компрессора Р вс). При понижении давления изменяется сила воздействия толкателя 3 на рычаг 22. Этот рычаг плечом 21 воздействует на переключатель 12 и контакт размыкается рычаг 4 с пружиной 5 и задатчиком дифференциала 6, а также пружины 9 и задатчик 10 б.н.д. предназначены для тех же целей, что аналогичные элементы в одноблочном реле давления. Пружина 11 и винт 13 служат для заводской регулировки. Таким образом, работа б.н.д. не отличается от работы одноблочного реле низкого давления.
Блок высокого давления состоит из коробки 19 с сильфоном 20, куда подводится высокое давление (например, давление нагнетания компрессора рн) толкателя 18 и рычага 17. На горизонтальное плечо этого рычага действует сила натяжения пружины 16., определяемая положением задатчика 14. При повышении давления
рычаг 17 поворачивается против часовой стрелки и вертикальным плечом нажимает на плече рычага 21. Преодолевая сопротивление пружины 11, механизм б.н.д. отводит рычаг 21 от переключателя и тем самым размыкает контакт.
Реле снабжено тремя шкалами настройки:
1-шкала 7 дифференциала б.н.д.,
2- шкала 8 диапазона давлений размыкания от б.н.д.
3-шкала 15 от б.в.д.. Дифференциал б.в.д. нерегулируемый.
Технические характеристики реле отечественного производства:
таблица 2
Реле Рабочая среда Исполне ние Давление настройки, кПа/ (кгс/см2)
б.н.д. б.в.д.
давление дифферен- давление дифференциала
размыкания циала размыкания (нерегулируемого)
РД-3-01 Хладон Обычное 29,4-392 29,4-245 686-1865 196
(0.3 – 4) (0.3 – 2.5) (7 – 19) (2,0)
РД-3-02 Хладон Обычное 19,6 – 686 49,1 – 245 785 – 2350 245
(0.2 –7) (0.5 – 2.5) (8 – 24) (2,5)
РД-3М-04 Хладон Водозащищ 68,6-392 39,2-157 686-1864 294
(0.7 – 4) (0,4 – 1,5) (7 – 19) (3)
РД-6 Хладон Брызгозащищ 68,6-392 39,2-157 784-1862 343
(0.7 – 4) (0,4 – 1,5) (8 – 19) (3,5)
Рд-7 Т Хладон Брызгозащищ 49 – 294 392 -157 882 – 1864 294
(0.5 – 3) (0,4 – 1,5) (9 – 19) (3)
К узлам настройки датчиков относятся пружины диапазонов, пружина зоны нечувствительности, регулировочный винт диапазонов и винт зоны нечувствительности, стопорные шайбы, указатели, шкалы и направляющие. Как шкала датчика низкого давления, так и шкала датчика высокого давления настроены на размыкание контактов переключающего механизма. Контакты приборов размыкаются при понижении давления в датчиках низкого давления и замыкаются при повышении давления на величину зоны нечувствительности. Контакты приборов в датчиках высокого давления и замыкаются при понижении давления на величину зоны нечувствительности.Переключающий механизм крепится в корпусе при помощи кронштейна
или неметаллического основания. Трехклемная колодка и выводы предназначены для внешних электроподсоединений. Всемирно известная датская фирма «Данфосс» поставляет для рефрижераторных установок прессостаты типа RT и MP.
На рис. 5. приведен датчики-реле низкого давления (прессостат) типа RT-1.
Рис.5.Основные узлы реле давления RT-1:
1- маховик.; 2-клемы; 3-плоская пружина;
4-якорь; 5 –контакты;6- магнит;7-дифференциальный ролик
8-сильфон; 9-шток; 10- контактная пластина;
11-пружина настройки диапазона.
Прессостат состоит из сильфона 8, подвижной системы, контактов 5, пружины 11, маховика 1. На верхнюю часть шкалы 9 надет дифференциальный ролик 7, который может передвигаться по штоку с помощью резьбы. Левый конец плоской пружины 3 и конец контактной пластины 10 лежат на торце ролика. Правый конец плоской пружины закреплен неподвижно. При повышении давления сильфон 8 сжимается и подвижная система поднимается вверх.
Одновременно движутся вверх левые концы пружины 3 и пластины 10.
Под влиянием изменения положения плоской пружины правый конец контактной пружины опускается вниз. При этом якорь 4 притягивается к постоянному магниту 6 и контакты 5 замыкаются. При понижении давления подвижная система под влиянием пружины 11 движется вниз. Плоская пружина занимает другое положение, и под её воздействием контакты размыкаются. Подключение прибора к исполнительному механизму или реле производится через клеммы 2. Реле давления настраивается на необходимое давление срабатывания изменением усилия пружины 11 с помощью маховика 1. Дифференциал настраивается роликом 7. Шкала дифференциала нанесена на образующую поверхность ролика.Реле давления МР выпускаются одноблочные и двухблочные. На рис.6 показано устройство одноблочного реле низкого давления типа МР-1.
Рис.6. Одноблочное реле низкого давления типа МР-1.
1- маховик-ручка настройки дифференциала; 2-каретка дифференциала с указательной стрелкой; 3-винт настройки диапазона;
4-каретка диапазона с указательной стрелкой; 5 –пружина диапазона; 6-шток;
7-плоская пружина; 8-контакты; 9-угловой рычаг; 10-ось вращения; 11-сильфон; 12-неподвижная скоба; 13-серьга; 14- пружина дифференциала.
При повышении давления, сильфон 11 растягивается и нажимает на угловой рычаг 9, который поворачивается по часовой стрелке на оси 10. Шток 6 контактного
узла движется вправо и нажимает на плоскую пружину 7. Пружина резко меняет свое положение за счет изгиба, и контакты замыкаются. При уменьшении давления пружина 5, преодолевая сопротивление пружины 14, поворачивает рычаг 9 против часовострелки, и контакты размыкаются. Настройку датчики-реле давления на срабатывание производят винтом 3, дифференциал устанавливается винтом 15. Прибор имеет шкалу диапазона и шкалу дифференциала. Указателями настройки служат стрелки на каретках 2 и 4.
Примечание:
1.Контакты прессостатов низкого давления замыкаются при повышении давления и размыкаются при понижении.
2. Сторона высокого давления комбинированных прессостатов имеет фабричную настройку на давление отключения 18 ати.
3. Датская фирма «Данфосс» поставляет приборы со шкалой диапазона в см.рт.ст., ати и атм.
4. На холодильных установках провизионных кладовых также на установках кондиционирования воздуха приборы защиты (прессостаты и маноконтроллеры) настраиваются на следующие давления:
Защита компрессора рефрижераторной установки:
(стандартный режим: То=-15 оС; Tk=+30 oC.)
на хладонах R12;R134a;R22;R404a
- по низкому давлению всасывания Р =0,2 кгс/см2
- по высокому давлению нагнетания на R12; Р = 11,5 кгс/см2
на R134а; Р до 12,5 кгс/см2
на R22 и R404a; Р=18,0кгс/см2
Защита компрессора
(Режим кондиционирования: То=+5 оС; Tk=+30 oC.)
- по низкому давлению всасывания
на R12;R134a; Р = от 2 до 1,8 кгс/см2
на R22; R404a; Р = от 4 до 3,5 кгс/см2
Такое давление для остановки компрессора по всасыванию необходимо для предотвращения замерзания капель воды на поверхности воздухоохладителя, уменьшения теплообмена, попадание жидкого хладагента в компрессор и гидравлического удара.
- по высокому давлению нагнетания на R12; Р=11,5 кгс/см2 на R22 и R404a; Р = 18,0 кгс/см2
3. Лабораторная установка.
Схема лабораторной установки приведена на рис.5.
Основным элементом лабораторной установки являются:
-Компрессор; 2-запорный клапан;3- фильтр воздушный;
4-ресивер; 5-манометр; 6-реле давления защиты компрессора от избыточного давления; 7-запорный клапан; 8-предохранительный клапан; 9-,10,11,12,15,16,17,18- запорные регулирующие клапаны; 13-14-19-20- лабораторные манометры; 21,25- сигнальные лампы; 22-реле низкого давления; 23-реле высокого давления; 24-двухблочное реле давления.
Рис. 7.Принципиальная схема лабораторной установки по настройке реле высокого и низкого давления.
4.Порядок проведения лабораторной работы.
1.Самостоятельно в течение 20-30 мин., ознакомиться с методическим пособием. При этом необходимо использовать приборы установленные на стенде и представленные в разобранном для учебных целей виде.
2. Преподаватель подает питание на стенд и включает компрессор, наполняет ресивер воздухом до нужного давления для проведения лабораторной работы.
3. Вращая винт 10 РНД (рис.1а)полностью ослабляем пружину 9.
4.Медленно повышаем давление Р в сильфоне, приоткрывая вентили 15 и 9 (рис.7). Снимаем показание по лабораторному манометру давления (Рн), начала движения рычага 7, когда сила сильфона уравновешивает силы пружин 4 и 8 и записываем значение Рн в таблицу 3.
5 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы
5.1.Не входить в лабораторию в отсутствии преподавателя или учебного мастера.
5.2. Не прикасаться к электрооборудованию и другому оборудованию, не относящемуся к данной лабораторной работе. Выполнять только те действия на стендовом оборудовании, которые описаны в разделе «Порядок проведения
лабораторной работы.»
5.3. При выходе из строя лабораторного оборудования немедленно докладывать преподавателю или учебному мастеру.
5.4. Начинать работу на стендовом оборудовании разрешается только после соответствующего распоряжения преподавателя.
5.5.Покидать лабораторию только с разрешения преподавателя.
Результаты настройки реле давления заносят в таблицу 3.
Таблица 3.
Параметр Значение МПа(кгс/см2) Примечание
Рн
Р1
Рв
Рв’
Р2
Р2’
Dxмин.
Dx
6. Требования к оформлению отчета.
6.1 Отчет о работе составляется на листах стандартного формата. Титульный лист оформляется согласно приложения к данным указаниям.
6. 2 Отчет должен содержать:
-одну из схем реле давления (по указанию преподавателя)
-схему лабораторной установки.
-таблицу 2.
-выводы по проделанной работе.
7. Контрольные вопросы:
7.1 Назначение датчика-реле в составе судовой холодильной установке.
7.2 Как исключаются самопроизвольные проворачивания рукояток или винтов регулировки?
7.3 Расскажите порядок настройки датчика-реле давления.
7.4 Чем отличается реле - давления одноблочные от двухблочных?
7.5 Перечислите основные элементы датчики-реле давления.
7.6 Какие ошибки повлияют на работу холодильной установки и что при этом может произойти с холодильной установкой при настройке реле давления?
8. Литература.
8.1.Приборы холодильной техники и кондиционирования воздуха, Каталог. ЦНИИТЭИ приборостроения
8.2.Датчики – реле давления, технические описания и инструкции по эксплуатации 3У2.573.049ТО
8.3 Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций.Р.Д. 31.21. 30-97. Часть 8. Судовые
Холодильные установки.
КАФЕДРА «Эксплуатация судовых механических установок»
О Т Ч Е Т