Устройство для регулирования соотношения расходов двух смешиваемых потоков

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ РАСХОДОВ ДВУХ СМЕШИВАЕМЫХ ПОТОКОВ, содержащее проточную камеру с датчиками величины проходного сечеиия ее сопла, тем-пературы смеси в камере и давления смеси, выход последнего из которых подключен к одному входу первого элемента сравнения, другой вход которого связан с выходом задатчика давления смеси в проточной камерт, регулятор давления смеси, выход которото соединен с первым регулирующим вентилем, установленным на выходе балловой газа с датчиком давления гааа, второй элемент сравнения, один вход которого подключен к задатчику расхода жидкости, а другой - к датчику расхода жидкости, установлен-, ному между омическим подогревателем и , вторым регулирующим вентилем, размещенным на выходе баллонной жидкости и подклк )ченным к выходу регулятора расхода жtlлкoc, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит два форсирующих звена, датчик положения второго регулирующего вентиля, два квадратора, блок разности, сумматор и два блока деления , выход первого из которых связан с входом первого форсирующего звена, включенного между выходом первого элемента сравнения и входом регулятора давления смеси, и с входом второго форсирующего звена, вклю ченного между выходом второго элемента сравнения и входом регулятора расхода жидкости , причем входы первого блока деления связаны соответственно с выходом датчика температуры смеси и с выходом сумматора, входы которого подключены к выходу дат:л . чика температуры смеси в проточной камере, к выходу датчика величины проходного сечения сопла, к выходу второго блока деления и к выходу блока разности давления, входы которого соединены с выходом датчика давления газа, с выходом датчика давления смесн и с выходом первого квадратора, вход которого подключен к выходу датчика О) давления газа, а выход датчика положения 1C еторого регулируемого вентнля через второй О) квадратор связан с одннм входом второго ел блока деления, фугой вход которого подключен к выходу датчика расхода жидкости. оо

„„SU„„1062658

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН зсю: G 05 D 1100

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY CBMQETEllbCTB Y

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3476433/18-24 (22) 28.07.82 (46) 23.12.83. Бюл. №.47 (72) Е. И. Монахова, И. Б. Андрушев, Ю, К. Фирсов и Е. Я. Чернов (53) 621.525 (088.8) (56) l. Патент США № 3493005, кл. 137-100, опублнк. 1976.

2..Патент ФРГ № 1296434, кл. G 05 D 9/02, опублик. 1965.

3. Патент Франции № 2195000, кл. G 05 D 11/00, опублик. 1975.

4; Авторское свидетельство СССР № 192883, кл. G 05 D 11 00, 1965 (прототип). . (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ РАСХОДОВ

ДВУХ СМЕШИВАЕМЫХ ПОТОКОВ, содержащее проточную камеру с датчиками величины проходного сечения ее сопла, температуры смеси в камере н давления смеси, выход последнего из которых подключен к одному входу первого элемента сравнения, другой вход которого связан с выходом задатчика давления смеси в проточной камере, регулятор давления смеси, выход которого соединен с первым регулирующим вентилем, установленным на выходе баллоной газа с датчиком давления газа, второй элемент сравнения, один вход которого подключен к задатчнку расхода жидкости, а другой— к датчику расхода жидкости, установлен-. ному между омическим подогревателем и, вторым регулирующим вентилем, размещенным. на выходе баллониой жидкости и подключенным к выходу регулятора расхода жидкости, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит два форсирующих звена, датчик положения второго

- регулирующего вентиля, два квадратора, блок разности, сумматор и два блока деления, выход первого из которых связан с входом первого форсирующего звена, включенного между выходом первого элемента сравнения.н входом регулятора давления смеси, и с входом второго форсирующего звена, вклю ченного между выходом второго элемента сравнения и входом регулятора расхода жидкости, причем входы первого блока деления связаны соответственно с выходом датчика температуры смеси и с выходом сумматора, входы которого подключены к выходу дат- у .чика температуры смеси в проточной камере, Ф Ф к выходу датчика величины проходного се- { чения сопла, к выходу второго блока деленяя и к выходу блока разности давления, а входы которого соединены с выходом датчика давления газа, с выходом датчика дав- - мм ления смеси и с выходом первого квадратора, . вход которого подключен к выходу датчика давления газа, а выход датчика положения второго регулируемого вентиля через второй Ю квадратор связан с одним входом второго ф, блока деления, другой вход которого подклю- Яд чен к выходу датчика расхода жидкости.

1062658

2 возмущений при взаимовлиянии регулируемых параметров.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для связного регулирования по двум переменным, содержащее регулятор и два исполнительных механизма с датчиками положения регулирующих органов, в котором с целью повышения эффективности регулирования при больших возмущающих воздей10 ствнях установлены два пусковых реле, подключенных к выходам соответствующих датчиков положения. Кроме того, введены реле блокировки и управления, обеспечивающие заданную последовательность переключений схемы управления, причем исполнительные механизмы обоих исполнительнЫх органов подключены к регулятору через контакты реле управления (4).

Недостатком известного, устройства яв20

Изобретение относится к автоматическому управлению, может быть использовано в химической промышленности, экспериментальной аэродинамике и предназначено для формирования рабочих смесей с различным процентным соотношением вещества, исходными компонентами которых являются газ н жидкость.

Известна регулирующая система, обеспечивающая постоянное соотношение рас-. ходов в газовых магистралях. Система поддерживает соотношение расходов в двух магистралях. В первой магистрали расположены два редукционных клапана: один выше по потоку от дросселя, а другой— ниже. В каждом канале имеется устройство, реагирующее на перепад давления газа.

Изменение давления выше или ниже дросселя во второй магистрали вызывает перемещение первого дросселирующего элемента клапана в первой магистрали и корректировку давления на соответствующей стороне дросселя первой магистрали. Эта корректировка направлена в сторону поддержания постоянного отношения расхода в двух газовых магистралях. Изменение давления выше по потоку в первой магистрали приводит к перемещению второго дросселирующего элемента клапана (1).

Недостатком системы является ограниченный диапазон регулируемых параметров.

Известно также электротехническое устройство для одновременного регулирования нескольких взаимосвязанных параметров. содержащее отдельные мостовые схемы по каждому параметру. В одном плече каждой мостовой схемы расположен задатчик регулируемой величины, в другом — датчик регулируемой величины. Выходные сигналы мостовых схем, возникающие прн рассогласовании, используются для привода исполнительного механизма, который расположен на выходе матричной схемы, имеющей специ ал ьную и р огра м му ра боты (2) .

Недостатком устройства является наличие общего исполнительного механизма, подключаемого поочередно (по программе) к тому илн иному параметру через матричную схему. Это приводит к увеличению длительности переходных процессов и ухудшает динамические характеристики устройства при наличии инерционных объектов регу лирования.

Кроме того, известен многоканальныйрегулятор, содержащий датчики регулируемых параметров и датчики корректирующих . параметров в каждом канале, суммирующий блок, общий для всех каналов, блок задания регулируемых параметров, исполнительные устройства и блок управления (3).

Недостатком регулятора является невозможность его использования для краТковременных технологических процессов, так как возможны значительные времена переходных процессов прн наличии больших

55 ляется отсутствие учета инерционности объектов регулирования в сигналах коррекции, что ограничивает его область применения.

Кроме того, известное устройство не обеспечивает устойчивое регулирование параметров смеси, исходными продуктами которой являются вещества, находящиеся в различных фазовых состояниях: жидком н газообразном.

Целью изобретения является повышение точности устройства при регулировании соотношения расходов двух смешнвающихся потоков, исходными продуктами которых являются жидкость и газ.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования соотношения расходов двух смешиваемых потоков, содержащее проточную камеру с датчиками величины проходного сечения ее сопла, температуры смеси в камере и давления смеси, выход последнего из которых подключен к одному входу первого элемента сравнения, другой вход которого связан с выходом задатчика давления смеси в проточной камере, регулятор давления смеси, выход которого соединен с первым регулирующим вентилем, установленным на выходе баллонной газа с датчиком давления газа, второй элемент сравнения, один вход которого подключен к эадатчику расхода жидкости, а другой— к датчику расхода жидкости, установленному между омическим подогревателем и вторым регулирующим вентилем, размещенным на выходе баллонной жидкости и подключенным к выходу регулятора расхода жидкости, введены два форсирующих звена, датчик положения второго вентиля, два квадратора, блок разности, сумматор и два блока деления, выход первого из которых связан с входом первого форсирующего звена, включенного между выходом первого элемента сравнения и входом регулятора давления смеси, н с входом второго форсирующего звена, включенного между выходом второго

1062658

Т

»4 с 1/Ж

6 ЫЕ 35

6» элемента сравнения и входом регулятора расхода жидкости, причем входы первого блока деления связаны соответственно с выходом датчика температуры смеси и с выходом сумматора, входы которого подключены к выходу датчика температуры смеси в проточной камере, к выходу датчика величины проходного сечения сопла, к выходу второго блока деления и к выходу блока разности давления, входы которого соединены с выходом датчика давления газа, 10 выходом датчика давления смеси и с выходом первого квадратора, вход которого подключен к выходу датчика давления газа, а выход датчика положения второго регулирующего вентиля через второй квадратор связан с одним входом второго блока деления, другой вход которого подключен к выходу датчика расхода жидкости.

Исследования показали, что .передаточные функции объекта регулирования по каждому каналу смешения (W и W» ) представляют апериодические звенья вида где К, и К» — коэффициенты передачи объекта регулирования по каждому каналу смешения;

Тою — постоянная времени объекта, характеризующая инерционность процесса смешения жидкости и газа, которая может быть выражена по каждому из каналов смешения единой нормированной величиной

1/к йОк где Ч вЂ” объем проточной камеры;

R — газовая постоянная;

Ю„ — температура смеси в камере;

F — проходная площадь сопла на выходе 40 проточной камеры;

Г» — текущее значение площадей открытия регулирующего вентиля жидкос ти;

Є— давление смеси в проточной камере;.Р— давление газа в баллонной; — постоянная безразмерная величина, характеризующая конструктивные особенности регулирующего вентиля по каналу жидкости; — удельный вес жидкости;

g — ускорение свободного падения; Ỡ— расход жидкости.

Знаменатель выражения для Т 4 является алгебраической суммой частных производных от расходов каждого из двух входящих в камеру и выходящего потоков по SS давлению в камере (м /с). Все числовые коэффициенты в выражении для Т» размерны, 4

На чертеже представлена блок-схема устройства для регулирования соотношения расходов двух смешивающихся потоков и подключение ее к объекту регулирования— проточной камере.

Проточная камера 1 с соплом 2 на выходе соединена по каналу подачи газа через регулирующий вентиль 3 с баллонной 4 сжатого газа, а по каналу подачи жидкости через омический подогреватель 5 и датчик 6 расхода — с регулирующим вентилем 7, к входу которого подключена баллонная 8 жидкости. Цепь управления регулирующего вентиля 3 газа подключена к выходу регулятора 9 давления смеси, вход которого через форсирующее звено 10 подключен к элементу tl сравнения, один иэ входов которого связан с задатчиком 12 давления смеси в проточной камере, а другой вход— с датчиком 13 давления смеси в проточной камере. Цепь управления регулирующего вентиля 7 подключена к регулятору 14 расхода жидкости, вход которого через форсирующее звено 15 подключен к выходу элемента 16 сравнения, одни нз входов которого подключен к эадатчику 17 расхода жидкости, а другой вход — к датчику б расхода. Цепи управления форсирующими звеньями 10 и 15 подключены к выходу блока 18 деления нормированной постоянной времени подачи вещества (жидкости и газа).

Датчик 19 давления газа в газовой баллонной через квадратор 20 давления газа в баллонной подключен к одному из входов блока 21 разности давлений (0,25 Р6—

0,5 Р„), второй вход которого подключен к датчику 19 давления газа, а третий вход— к датчику !3 давления смеси.

Выход блока 2! разности связан с одним из входов сумматора 22. Датчик 23 величины проходного сечения сопла 2 подключен к второму входу сумматора 22, третий вход которого связан с блоком 24 деления величины

Выходы блока 24 подключены к датчику 6 расхода жидкости и к квадратору 25 площади открытия вентиля 7, связанному с выходом датчика 26 положения этого вентиля.

Выход сумматора 22 совместно с выходом датчика 27 температуры смеси в камере подключены на входы блока 18 вычисления нормированнои постоянной времени, выход которого связан с управляющими входами форсирующих звеньев 10 и 15.

Устройство работает следующим образом, Первой запускается наиболее инерционная система регулирования расхода жидкос. тн, содержащая подогреватель 5, С помощью.задатчика 18 расхода жидкости и датчика 6 расхода элемент !6 сравнения на своем выходе формирует сигнал управления, который через форсирующее звено 15!

S поступает на вход регулятора 14 расхода жидкости, обеспечивая перемещение регулирующего вентиля 7 на величину, пропорциональную расходу Ga и производной

dGQd t.

Жидкость (например углекислота или азот) поступает из баллонной 8 через омический подогреватель 5 в проточную камеvv !.

Датчик 6 расхода, установленный в трубопроводе перед подогревателем 5, выдает сигнал на один из входов элемента 16 сравнения, замыкая тем самым главную обратную связь контура регулирования расхода жидкости. Жидкость на выходе омическогО подогревателя превращается в газ и подается в проточную камеру.в газообразном состоянии. Таким образом, подогреватель выполняет роль газификатора.

К моменту окончания переходного процесса .(или несколько ранее) включают менее инерционную систему подачи газа (например, воздух).

Аналогично с помощью задатчика 12 и датчика 13 давления смеси в проточной камере элемент ll сравнения через форсирующее звено 10 выдает сигнал рассогласования в регулятор 9, управляющий регулирующим вентилем 3. Закон изменения этого сигнала содержит составляющие давления смеси в проточной камере Рк и ее производную ЙР„dt.

Газ из баллонной 4 высокого давления через регулирующий вентиль 3 поступает в проточную камеру 1 и далее через сопло 2 на выход. Суммарный расход газа через проточную камеру определяется давлением газовой смеси в камере и проходным сечением сопла, измеряемым датчиком 23.

Датчик !9 давления газа в баллонной г выдает сигнал в квадратор 20 величины Р и блок 21 разности, на другой вход которого поступает сигнал Рк с датчика 13 давления.

На выходе блока разности ормир ется сигнал, пропорциональныи

0 5 Рб -,5 Рк) который подается на один из входов сумматора 22. Сигнал с датчика 26 положения регулирующего вентиля 7 в канале жидкости преобразуется в квадраторе 25 в величину

F и далее, проходя через блок 24 деления. поступает на другой вход сумматора 22 в виде сигнала, характеризуемого зависимостью

На третий вход сумматора 22 подается сигнал с датчика 23 величины проходного

062658 сечения сопла 2 и датчика 27 температуры смеси в камере.

Напряжение с выхода сумматора совмест но с сигналом с датчика 27 температуры поступает на входы блока 18 нормированной постоянной времени, который непрерывно выдает напряжение, пройорциональиое постоянной времени объекта регулирования

Т

6 Я О, ф2« -O« д «

1О

8 ь бг

Это напряжение подается затем в цепи управления форсирующими звеньями 10 и

15 и управляет постоянными времени последних таким образом, чтобы в любой момент времени поддерживалось равенство

Тф„== Тм, где Тр, и Т4, — постоянные времейи форсирующйх звеньев 10 и 15, соответственно.

Конструктивно управляемое форсирующее звено может быть выполнено, например, 20 по схеме операционного усилителя, охваченного емкостной обратной связью в виде гирлянды конденсаторов, переключаемых с помощью диодной линейки, управляемой напряжением, снимаемым с блока нормированной постоянной времени.

Включение управляемых форсирующих звеньев в контур регулирования улучшает динамику устройства.

Предлагаемое устройство даже при значительном изменении постоянной времени

ЗО объекта регулирования по каждому из каналов обеспечивает устойчивое регулирование в широком диапазоне изменяемых параметров с постоянной фазочастотной характеристикой.

Использование новых связей для управЗ ленин форсирующих элементов, а также самих элементов: квадратора Рб давления газа в баллонной, квадратора F площади открытия регулирующего вентиля по каналу жидкости, блока разности величины (0,25,—

0;5 Р„), блока деления величины — ф@ сумматора новых не использовавшихся ранее величин, вычислительного блока нормированной постоянной времени Т,к — существенно отличает предложенное устройство от известных.

4 Моделирование работы устройства на аналогичной вычислительной машине показало следующую ее эффективность при изменении постоянной времени с 10 †!80 с, длительность переходных процессов сокращена на 35 — 48 /о при сохранении устойчи О ности системы; точность увеличена до 1,2 /о, и расход энергозатрат (электрической энергии и сжатого газа) сокращен на 9 — 14/o.

l062658

Соста ватель Л. Птенцова

Редактор О. Юрковецкая Техред И. Верее Корректор О. Бнлвк

Заказ !02!7/48 Тнраж 874 Подпнсное

ВНИИПИ Государственного комнтета СССР по .делам нзобретенн4 н открнтн4! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб. ° д. 4/Ь

Фнлнал ППП еПатентв, г. Ужгород, ул. Проектная, 4