Устройство для программного поддержания температуры в автоклаве

 

Изобретение относится к устройствам для контроля и управления тепловым режимом в автоклавах периодического действия. Изобретение решает задачу расширений области применения устройства и повышения точности в случае использования паровоздушного заполнения автоклава, с одновременным повышением качества регулирования температуры изделия, экономией электроэнергии за счет оптимизации заданного технологического процесса. Устройство для программного поддержания температуры в автоклаве содержит датчик 5 температуры, установленный в среде автоклава , первый сумматор 7, регулятор 6 температуры , выход которого связан через первый вход первого сумматора, пороговый элемент 8 и блок 9 управления включением с нерегулируемыми секциями 2 и 3 нагревателя автоклава, датчик 11 нагрузки, соединенный с нерегулируемыми секциями и вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора через регулятор 10 мощности подключен к регулируемой секции 4, устройство снабжено блоком 12 расчета распределения температуры по глубине изделия , датчиком 13 давления, индикатором 14 температур, программным задатчиком 15, регулятором 24 системы охлаждения, блоком 17 выбора минимума и блоком выбора максимума, вторым сумматором 19, элементами 20 и 22 сравнения, вторым пороговым элементом 21, фазовым детектором 23 и задатчиком 26 перепада температуры . 1 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 05 D 23/19

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4717518/24 (22) 10.07,89 (46) 07.02,92. Бюл. N. 5 (72) B.È.Êîëîêîëüöåâ, А.В.Бронфенбренер, M.А,Гуревич, B.Ï.ÏóLUêoâ, Д.А.Иорданидзе и С.Я.Ключ (53) 621.555.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N613800,,кл. В 01 J 3/00, 1976.

Автооское свидетельство СССР

N. 1640681, кл. G 05 О 23/19, 06,06.89.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1971, с.292. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ B АВТОКЛАВЕ (57) Изобретение относится к устройствам для контроля и управления тепловым режимом в автоклавах периодического действия.

Изобретение решает задачу расширения области применения устройства и повышения точности в случае использования паровоздушного заполнения автоклава с одновременным повышением качества регулирования температуры изделия, эконо„„. Ы„„1711130 А1 мией электроэнергии за счет оптимизации заданного технологического процесса. Устройство для программного поддержания температуры в автоклаве содержит датчик 5 температуры, установленный в среде автоклава, первый сумматор 7, регулятор 6 температуры, выход которого связан через первый вход первого сумматора, пороговый элемент 8 и блок 9 управления включением с нерегулируемыми секциями 2 и 3 нагревателя автоклава, датчик 11 нагрузки, соединенный с нерегулируемыми секциями и вторым входом первого сумматора, выход первого сумматора через регулятор 10 мощности подключен к регулируемой секции 4, устройство снабжено блоком 12 расчета распределения температуры по глубине изделия, датчиком 13 давления, индикатором

14 температур, программным задатчиком

15, регулятором 24 системы охлаждения, блоком 17 выбора минимума и блоком выбора максимума, вторым сумматором 19, элементами 20 и 22 сравнения, вторым пороговым элементом 21, фазовым детектором 23 и задатчиком 26 перепада температуры. 1 ил.

1711130

Изобретение относится к устройствам для контроля и управления тепловым режимом в автоклавах периодического действия, заполненных газовой средой, находящейся под высоким давлением, и предназначенных для проведения различных технологических процессов (при полимеризации углепластиков vi стеклопластиков, формовании и склеивании толстостенных пакетов стекол).

Целью изобретения является расширение области применения устройства и повышение точности в случае использования паровоздушного заполнения автоклава.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит автоклав 1, нерегулируемые 2 и 3 и регулируемую 4 секции нагревателя, датчик 5 температуры, регулятор 6 температуры, первый сумматор 7, второй пороговый элемент 8, блок 9 управления включением, регулятор 10 мощности, датчик 11 нагрузки, блок 12 расчета распределения температуры в изделии, датчик 13 давления, индикатор 14 температур, программный задатчик 15 температуры, изделие 16, блок 17 выбора минимума, блок 18 выбора максимума, второй сумматор 19, второй элемент 20 сравнения, первый пороговый элемент 21, первый элемент 22 сравнения, фазовый детектор 23, регулятор 24 системы охлаждения, теплообменник 25 и задатчик 26 перепада температуры.

В блоке 12 расчета распределения температуры в изделии программируется (моделируется) типовое математическое описание теплопереноса по слоям изделия, которое позволяет определить распределение температур по глубине изделия, зная температуру окружающей среды Тср и физические свойства изделия. Математическое описание составлено так, чтобы получить п значений температур по глубине обрабатываемого изделия. Для первого слоя решаемое уравнение имеет вид

T1 (0ср 01) d Z + T10, 1

m1 С1 для последнего слоя

Т = f Qnd7+Tno, 1

mn Cn

ГДЕ Q=Fcp èçä йср — изд (Tcp T1) — тЕПЛОВОй поток;

Т1 — температура первого слоя изделия;

Т1о — начальная температура слоя;

Fcp- sa — поверхность слоя между средой и первым слоем;

Q,p „д — коэффициент теплоотдачи от среды к первому слою;

m1 — масса слоя изделия;

c1 — теплоемкость материала;

Т, — температура и-го слоя.

В общем виде уравнения записываются (для трех слоев)

Т1,) (Qcp 01) d T + Г10

m1 С1

Т2 1 (0ср — 02) d 7 + Т20;

m2 с2

Тз = f (02) б 7 + Т30;

Оср F ср изд CZ ср — изд(Тср T1);

01 = F1 — 2 П1 — 2 (Т1 — Т2);

02 = F2 — 3 а2 — 3 (T3), 25 где и,, Р о в о,зз зо

1/ ср

Tcp — температура среды; й1 — 2; г22 — з — коэффициент теплопередачи; г- время;

А — теплопроводность материала;

w — скорость газа в автоклаве;

1 — характерный размер изделия;

P — текущее давление в автоклаве;

1 — динамическая вязкость среды;

Pr — число Прандтля;

R — универсальная газовая постоянная;

Т1о — Тз — начальная температура слоев изделия.

Зависимость коэффициента теплоотдачи Q р зд от программно изменяющегося давления среды (газа) в автоклаве учтена при определении p — изд. Пределы изменения давления газа в автоклаве 0,1 — 6 МПа.

Степень сложности математической модели изделия определяется технологией, конфигурацией, особенностью изделия.

Значение полученных температур выводится на индикатор 14 температур.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы датчиков 5 и 13 соответственно температуры и давления, установленных в среде автоклава 1, поступают в блок 12, где

1711130

10 на основании математической модели формируются значения температур различных слоев (от Т1 до Tll) обрабаты ваемого изделия

16. Элемент 22 сравнения сравнивает минимальную температуру с заданием программного задатчика 15 и посылает эту разность через фазовый детектор на вход регулятора

6 температуры в режиме подъема температуры и на вход регулятора 24 охлаждения в режиме охлаждения. Второй сумматор 19 отслеживает разницу между максимальным и минимальным значениями температур слоев изделия и по назначенной разности ЛТ управляет программным задатчиком 15. В режиме разогрева T> — температура первого

НаРУЖНОГО СЛОЯ ЯВЛЯЕТСЯ Т1макс, В РЕЖИМЕ охлаждения Т1 минимальна.

При нагреве сигнал регулятора 6 изменяется от 0 до 5 мА.

При достижении сигналом на выходе регулятора 6 величины, например, 2 мА сигнал на выходе сумматора 7 также достигает

2 мА и регулятор 10 мощности вводит заданную мощность регулируемой секции 4. При заданном значении срабатывает пороговый элемент 8, блок 9 управления включением подключает нерегулируемую секцию 3 нагревателя. На отрицательный вход сумматора 7 от датчика 11 нагрузки поступает сигнал, соответствующий расчетной мощности нерегулируемой секции 3. Сигнал на выходе сумматора уменьшается на величину мощности введенной нерегулируемой секции 3, Дальнейшее увеличение выходного сигнала регулятора 6 приводит к увеличению выходного сигнала сумматора 7 до заданного значения срабатывания элемента 8. Блок

9управления включением подключает нерегулируемую секцию 2.

На отрицательный вход сумматора 7 поступает сигнал, который уменьшает мощность регулируемой секции 4. При дальнейшем росте выходного сигнала регулятора мощность регулируемой секции вновь увеличивается до максимальной.

При уменьшении выходного сигнала регулятора 6 уменьшается сигнал сумматора

7, и регулятор 10 мощности уменьшает мощность регулируемой секции 4. При значении сигнала на выходе сумматора 7, равном "0", срабатывает пороговый элемент 8 и блок 9 отключает нерегулируемую секцию 2. Сигнал на отрицательном входе сумматора 7 уменьшается, сигнал на выходе возрастает и регулятор 10 мощности увеличивает мощность регулируемой секции на величину мощности отключенной нерегулируемой секции 3. При дальнейшем уменьшении выходного сигнала регулятора 6 температуры

55 происходит отключение нерегулируемой секции 2, что приводит к увеличению мощности регулируемой секции 4 на величину мощности нерегулируемой секции 2.

Дальнейшее уменьшение выходного сигнала регулятора 6 температуры приводит к уменьшению мощности регулируемой секции 4 до нуля.

Сигнал с фазового детектора 23 поступает на регулятор 6 температуры при сигнале задания, большем Тмин, и на регулятор 24 охлаждения при сигнале задания, меньшем

TMNH В фазовом детекторе 23 может быть установлена зона нечувствительности, когда никакой из регуляторов не работает, например — 1 (> <(Тмин Таад)<1 /О. Регулятор 24 осуществляет изменение расхода охлаждающей жидкости через теплообменник 25.

Количество нерегулируемых секций может быть любым и мощность их может составлять различную долю полной мощности нагревателя, однако при этом мощность регулируемой секции должна превышать мощность нерегулируемой секции. Это превышение исключает случайное переключение (включение и выключение) нерегулируемых секций.

Наличие блока 12, датчика 13 давления, регулятора 24 охлаждения, программного

15 задатчика и задатчика 26 перепада температуры позволяет при обработке изделий различных конфигурации, массы, объема оптимально выполнить технологическую программу разогрева для всего объема изделия, проконтролировать и автоматически обеспечить допустимые перепады температуры и отклонения от задания, экономно расходовать электроэнергию.

Формула изобретения

Устройство для программного поддержания температуры в автоклаве, содержащее датчик температуры, установленный в среде автоклава, подключенный выходом к последовательно соединенным блоку расчета распределения температуры в изделии, блоку выбора минимума и первому элементу сравнения, второй вход которого связан с выходом программного задатчика температуры, а также второй элемент сравнения, одним входом связанный с выходом задатчика перепада температуры, а выходом через первый пороговый элемент — с входом

"Останов" программного задатчика температуры, последовательно соединенные регулятор температуры, первый сумматор. вторым входом связанный с выходом датчика нагрузки, включенного в силовую цепь нерегулируемых секций нагревателя, а вы1711130

35

45

Составитель Л.Птенцова

Редактор И.Шмакова Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 339 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ходом через регулятор мощности — с регулируемой секцией нагревателя, через последовательно соединенные второй пороговый элемент и блок управления включением — с нерегулируемыми секциями нагревателя, а также систему охлаждения с соответствующим регулятором на входе, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что; с целью расширения области применения устройства и повышения точности в случае использования паровоздушного заполнения автоклава, устройство содержит датчик давления, последовательно соединенные блок выбора максимума и второй сумматор, а также фазовый детектор, к первому выходу которого подключен регулятор системы охлаждения, к второму выходу — регулятор температуры, а к входу — выход первого

5 элемента сравнения, причем выход датчика давления связан с вторым входом блока расчета распределения температу- ры в изделии, выходами соединенного с входами блока выбора максимума, выход

10 которого связан с первым входом второ° го сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока выбора минимума, а выход — с вторым входом второго элемента сравнения, 15