Устройство для регулирования температуры газа в проточной камере

Устройство для регулирования температуры газа в проточной камере

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5П4 05 D 2

7 Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ю !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3670881/24-24 (22) 07. 12.83 . (46) 28.02.86 Бюл. Ф 8 (71) Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) Б.N.Ïîä÷óôàðîâ, В.С.Демин, М.Б.Чернова, С.В.Борисова, М.В.Грязев, P.M.Дроздова и Е.В.Рогозина (53) 621. 555.6 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 601675, кл. С 05 D 23/19, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N 504185, кл." G 05 D 23/19, 1974.

Авторское свидетельство СССР

В 399836, кл. С 05 D 23/02, 1971.

Авторское свидетельство СССР

В 935887. кл. G 05 D 16/16, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА В ПРОТОЧНОЙ КАМЕРЕ (57) Изобретение относится к области автоматического программного регули,рования температуры. Целью изобрете;ния является повышение точности регулирования температуры в проточной камере. В устройстве для регулирования

„„Я0„„1215103 А температуры газа в проточной камере поступакицая из ресивера газовая среда сначала разделяется в коллекторе на два потока, после чего эти потоки по соответствукицим впускным каналам через регулируемый дроссель в каждом из них одновременно, соосно и навстречу друг другу поступают в проточную камеру, при этом изменения пропускных сечений регулируемых дросселей осуществляется по сигналам от блока управления, включающего модель проточной камеры, задатчики давления, датчики давления, блок коррекции, расходомеры, сумматоры, усилители.

Таким образом, чтобы суммарное про- Е ходкое сечение обоих дросселей было постоянным, соосной подачей газовых потоков обеспечивается наибольшая С: площадь соударения их между собой, что, в свою очередь, обусловливает наибольшую эффективность преобразования кинетических энергий потоков во внутреннюю и потенциальную энергии Ю заторможенного в проточной камере 1 газа. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. Сл

Ови

1215103

Изобретение относится к автоматическому программному регулированию температуры газовой среды и может быть использовано в химической промышленности для получения газа с заданной температурой, а также в машиностроении при испытаниях конструкций на прочность и стойкость к воздейетвию агрессивных проточных газов различной температуры.

Целью изобретения является повышение точности регулирования температуры газа в проточной камере.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования темпе-, ратуры газа в проточной камере; на фиг.2-4 †. блок-схема соответственно обратной модели камеры, второго задатчика и блока коррекции.

Устройство (фиг.1) содержит ресивер 1 с коллектором 2, подключенным через соосно и противоположно расположенные между собой впускные каналы

3 и 4, с установленными в них первым и вторым регулируемыми дросселями соответственно 5 и 6, к проточной камере 7, имеющей на выходе дроссель постоянного сечения 8, обратную модель системы, включающую обратную модель проточной камеры 9, которая своим входом через неинвертирующий и инвертирующий входы элемента сравнения 10 подключена к выходам соответственно первого 11 и второго 12 задатчиков. Задатчик 12 своим вторым выходом подключен к соответствующему входу первого сумматора 13, который первым входом соединен с выходом обратной модели проточной камеры, а выходом через первый 14 и второй 15 40 усилители — с первыми входами второго 16 и третьего 17 сумматоров, выходы которых подключены к управляющим входам регулируемых дросселей соответственно 5 и 6. Вторые входы 45 сумматоров 16 и 17 соединены соответственно с первым и вторым входами блока коррекции .18, первый и второй входы которого подключены к датчику температуры 19 и датчику давления 50

20 газа в ресивере 1, и к соответствующим входам второго эадатчика 12, а третий вход — к датчику давления газа 21, установленному в проточной камере 7. Четвертый, пятый и шестой у входы блока коррекции 18 подключены к расходомерам 22-24, установленным соответственно в коллекторе 2 и в выхоцных патрубках регулируемых дросселей 5 и 6. Датчик давления 25 сое- динен с третьим входом второго задатчика 12.

В обратной модели проточной камеры 9 дифференциатор 26 входом подключен к выходу элемента сравнения

10 и к четвертым входам четвертого сумматора 27 и первого и второго интеграторов соответственно 28 и 29, а выходом — к первому входу сумматора 27. Выход последнего соединен с первыми входами сумматора 13 и ин1 теграторов 28 и 29. Выходы же этих интеграторов подключены соответствен- . но к вторым и третьим входам сумматора 27 и интеграторов 28 и 29.

Второй задатчик 12 включает в себя пятый сумматор 30, инвертирующий вход которого через первый и второй гходы первого блока умножения 31 подключен к потенциометру 32. Неинвертирующим входом сумматор 30 соединен с датчиком температуры 19 и первым входом первого блока деления

33, который вторым своим входом соединен с выходом сумматора 30 и инвертирующим входом элемента сравнения 10, а выходом через последовательно соединенные третий усилитель

34 и нелинейный блок 35 — с первым входом второго блока умножения 36, подключенного вторым входом к датчику давления 25. Выход блока умножения 36 подключен к первому входу второго блока деления 37, второй вход которого соединен с датчиком давления 20, а выход через четвер тый усилитель 38 — с вторым входом сумматора 13.

Блок коррекции 18 включает в себя блок 39 извлечения квадратного корня, подключенный входом к датчику температуры 19, а выходом через второй вход третьего блока деления 40 и первый вход третьего блока умножения 4 1 †. к входу пятого усилителя 42, выход которого соединен с вторыми входами пятого 43 и шестого

44 блоков деления, выходы которых подключены к вторым входам сумматоров соответственно 16 и 17, а первые входы — к выходам соответственно шестого 45 и седьмого 46 сумматоров.

Неинвертирующие входы последних сум- маторов соединены с расходомерами

22, а инвертирующие — с расходомерами соответственно 23 и 24. Четвертый

3 l21 блок деления 47 первым входом соеди- нен с датчиком 21, вторым — с датчиком давления 20 и первым входом блока деления 40, а выходом через второй нелинейный блок 48 — с вторым

5 входом блока умножения 41.

Устройство для регулирования температуры газа в.проточной камере работает следукицим образом.

Пусть в проточной камере 7 необхо- !О димо реализовать заданный закон изменения температуры газа T(t} относительно заданного установившегося значения Т . Тогда сигнал UT(tj с выхода первого задатчика 11, эквивалентный заданной программе изменения температуры f(t), которую необходимо реализовать в проточной камере 7, поступает на неинвертирующий вход элемента сравнения 10, на инвертирующий вход которого с первого выхода второго задатчика 12 подается сигнал

О ; эквивалентный заданному устат ° йовившемуся значению температуры газа Т„ в проточной камере 7. Раз- 25 ность этих двух сигналов u« (t)

=0 (4) -UT, эквивалентная разности температур Т (t) = Т (t) с выхода элемента сравнения 10 подается на вход обратной модели проточ"3 > ной камеры 9. Функциональная взаимоI связь между входным сигналом Hat (tj и выходным сигналом Ugg(t) обратной мопели проточной камеры 9, эквивалентным суммарному отклонению

hS(4) регулируемых дросселей 5 и 6,, может быть установлена либо экснериментально (например, методом идентификации), либб теоретически. В об.— щем случае величина h S (t ) зависит от таких параметров, как Т (t) и

ck6T(t)

dt объема Й проточной камеры

7, давления Рр и температуры Т> газа а ресивере 1, площади S> дросселя 45 постоянного сечения 8, теплофизических свойств газовой среды, а именно показателя адиабаты К и газовой постоянной К

С выхода обратной модели проточной камеры 9 сигнал Uhs (1) пос50 тупает на первый вход первого сумматора 13 на второй вход которого одновременно поступает сигнал 05о, эквивалентный установившемуся значе-! нию суммарной площади открытий ре55 гулируемых дросселей 5 и 6 и формируемый на выходе второго задатчика

5103

12. С выхода сумматора 13 сигнал

Ll<(t) одновременно поступает на входы первого 14 и второго 15 усилителей, на выходах которых формируются сигналы соответственно 0 1(t) и

U (4 ), одновременно поступающие на первые входы сумматоров соответственно 16 и 17. При этом коэффициент передачи К1 усилителя 16 может быть выставлен в пределах 0 (К 1(1, . так что 0з„ = К 1 Ug .. Соответственно сигнал на выходе усилителя 15: Ll < = 1) 15

Для реализации процессов с наименьшими потерями энергии в проточной камере 7 целесообразно брать К 1

= 0,5. Одновременно на блок коррекции 18 поступают сигналы с датчиков температуры 19 и давления 20 газа в ресивере 1, датчиков давления газа 21 и 25 соответственно в проточной камере 7 и на потребителе, а также с расходомеров 22-24, установленных соответственно в коллекторе ? и в выходных патрубках регулируемых дросселей 5 и б. Эта информация о текущем состоянии процессов, протекающих в данном устройстве в каждый момент времени, в блоке . коррекции 18 преобразуется с целью получения в каждый момент времени информации о действительных отклонениях Л S1(t) и 6$2(1) значений площадей регулируемых дросселей

5 и б от требуемых S 1(t) и S2(t), формируемых на выходах усилителей

14 и 15 ° Подавая на вторые входы сумматоров t6 и 17 сигналы соответственно Одз (t) и Цб5 (+), на выходах этих сумматоров получают откорректированные сигналы 0 1 g (5) и Ugy (t), которые и поступают на управляющие входы. регулируемых дросселей соответственно 5.и 6, изменяя их пропускные площади таким образом, чтобы в проточной камере 7 реализовывался закон изменения температуры 1 (f), заданный задатчиком

11. При этом газовые потоки через регулируемые одновременно дроссели

5 и 6 поступают соосно и навстречу друг другу и одновременно газовая среда через дроссель 8 поступает на потребитель.

Таким образом, поступающие навстречу друг другу газовые потоки тормозятся в проточной камере за счет соударения их между собой, в ре1215103 на дифференцирующее устроиство 26, на выходе которого формируется сиг Й 1-И нал, эквивалентный произ5 водной от QT (t), и на четвертые входы четвертого сумматора 27 первого и второго интеграторов 28 и 29.

С выходов интеграторов 28 и 29 сиг1б налы, эквивалентные соответственно отклонениям давления Ар(4) и скорости ЬЧ() в проточной камере 7, подаются соответственно на вторые и третьи входы этих же интеграторов 28 и 29 и сумматора 27, на первый вход которого, одновременно подаduAT(t) ется сигнал с выхода дифd t. ференцирующего устройства 26. На выходе сумматора 27 формируется сигнал Uas (1..)» эквивалентный отклонению аЯ () суммарной площади открытия регулируемых дросселей 5 и 6, который также одновременно пос25 тупает и на первые входы интеграторов 28 и 29. Коэффициенты передачи сумматора 27 и интеграторов 28 и 29 следующие:

КЗ = — (a > + а»ба + а а, )К2

К5 = (а + а,аы)К2

К7 = a«+ а ба 1 + a,> а 1

К9 = а» + а 7 аз

+ ама 11 + a3T а51

К13 = азу + а31 айаг и, Vp — скорости движения газа соответственно в проточной камере

7 через регулируемые дроссели 5 и 6 (Vä., =

= Ч„ = Чп) и через драссель постоянного сечения 8;

S1,$2 — площади пропускных сечений регулируезультате чего кинетические энергии этих потоков полностью или частично преобразуются во внутреннюю и потенциальную энергии газовой среды в камере. Соосной подачей газовых потоков обеспечивается наибольшая площадь соударения их между собой,,что в свою очередь обуславливает и наибольшую эффективностьпреобразоваI ния кинетических энергий потока во внутреннюю и потенциальную энергии заторможенного в проточной камере газа.

Исключение в данном устройстве возможностей соударения газового потока со стенками камеры приводит к уменьшению непроизводительных затрат кинетической энергии потока на нагрев последних и последующих потерь этой энергии теплообменом в окружающую среду, что и обуславливает повьппение точности реализации заданных программ изменения температуры газа в проточной камере.

Обратная модель проточной камеры

9 функционирует следующим образом.

Сигнал Охнут (й) с выхода элемента сравнения 10 подается одновременно (a g K1 + а п (1 — К1)} (а э + a z абаз )К2

К8 = .(а„з + а„, абаз)

К6 = (а„„К1 + а„ (1 — К1}

К10 = (аз К1 + аз5 (1 — K1)

К12 = (азз + asza53) дх; где Gij = () — коэффициенты.лио неаризации относительно установившихся режимов, определяемые экспериментально, 1, 2, 3, 4, 5. х с1д, dt:

dT dV х = — x = — х =V х =V

2 Д » э dt» Q A» 3 Р>

3 =1» 2» ° ° °, 7, y =р» У2

V» y„= S1» у5 S2, у6 V„»

yV Чр»

Ч„» V мых дросселей соответственно 5 и 6, р, Т вЂ” давление и температура газа в проточ4О ной камере 7.

Второй задатчик 12 функционирует следующим образом.

С датчика температуры газа 19 в ресивере 1 сигнал одновременно пос45 тупает на неинвертирующий вход с единичным коэффициентом передачи пятого сумматора 30 и на первый

„вход первого блока деления 33, на выходе которого формируется сигнал, 50 эквивалентный отклонению значения температуры газа в ресивере Тр и установившегося значения температуры газа То в проточной камере 7.

При этом одновременно на инверти55 рующий вход сумматора 30 подается сигнал, эквивалентный квадрату уста,новившегося значения скорости газа

V в проточной камере 7 и формируе1215103 мого на выходе первого блока умножения 31, на оба входа которого поступает сигнал с потенциометра 32, запитываемого постоянным напряжением. Величина напряжения, снимаемого с потенциометра 32, эквивалентная Ч, задаваемая B диапазоне значений

Vo 0 —: a кРО Vo = > кргр -(КЙТр (К+11)

Это максимально возможная величина скорости газа в проточной камере 7.

Коэффициент передачи К14 по инвертирующему входу сумматора 30 определяется следующим образом: К14

=(К вЂ” 1)/2KR. Выходной сигнал сумматора 30 одновременно поступает на второй вход первого блока деления

33 и на инвертирующий вход элемента сравнения 10. Сигнал с выхода бло- ка деления 33 поступает на третий усилитель 33 с коэффициентом передачи K15 = 2/(К + 1), после чего сигнал, эквивалентный величине

К15 х (1Р /Т ) поступает на нелинейный блок 35, реализующий функциональную зависимость

Р

K — =(K,15 «(Т, (Т,})

Рч где Р, Р„- давление газа соответственно на потребителе и в проточной камере.

7 в установившемся режиме.

С выхода блока 35 сигнал подается на первый вход второго блока умножения 36, на второй вход которого поступает сигнал с датчика давления газа 25 на потребителе. В результате этого на выходе блока 36 формируется сигнал, эквивалентный значению который затем поступает на первый вход второго блока деления 37, на второй вход которого подается сигнал с выхода датчика давления 20 в ресивере 1. Получаемый на выходе блока деления 37 сигнал, эквивалентный отношению давлений Р„ /PP поступает на четвертый усилитель с коэффициентом К16 1,893 х8 3, на выхо<де которого формируется сигнал (газо эквивалентный величине Яд., после чего последний сигнал поступает на второй вход сумматора 13.

Блок коррекции 18 работает следующим образом.

С датчика температуры 19 в ресивере 1 сигнал О р поступает на блок извлечения квадратного корня

39, с выхода которого сигнал, эквивалентный величине Т ., подается на второй вход третьего блока деления 40, на выходе которого формируется сигнал, эквивалентный величине

Рр/Тр который затем поступает на первый вход третьего блока умножения 41. На второй вход этого блока умножения поступает сигнал Оу, эквивалентный газодинамической функции

10 определяемой условиями:

Р

nPvI < Р, Р

К+1

20 и формируемый на выходе второго нелинейного блока 48, а с выхода бло25 ка умножения 41 сигнал поступает на усилитель 42, имеющий коэффициент передачи

1 -1И

Ктг =Кр(На вход блока 48 сигнал, эквивалентный величине P)p, поступает с четвертого блока деления 47, на первый вход которого сигнал Ор по-. дается с датчика давления 21, а на

35 второй — сигнал Up -. с датчика давP" ления 20. При этом последний сигнал одновременно поступает и на первый вход третьего блока деления

40. На неинвертирующие входы сумматоров 45 и 46 с коэффициентами передачи-соответственно К1 и (1 — К1) поступает сигнал UG с расходомера

22, а на инвертирующие входы этих сумматоров с единичными козффициен- .

45 тами передачи подаются сигналы соответственно Ugg с расходомера

23 и Ugg с расходомера 24. Тогда на выходах сумматоров 45 и 46 формируются сигналы соответственно ObG1

50 и Uhgg, характеризующие отклонения действительных расходов газа Ugg u

Р<> через соответствующие регулируемые дроссели 5 и 6 от требуемых

К1 00 и (1 — К1)U . Подавая сигналы

55 и 1 и Од на первые входы блоков деления соответственно 43 и 44, на вторые входы которых одновременно поступает сигнал с выхода усилителя,.

42» эквивалентный величине КоРрУ(р), 1215103

5

10 на выходах блоков,43 и 44 получают сигналы 0@ 4 и 00, которые затем, с целью коррекции сигналов

Ц и 08, подают на вторые входы сумматоров соответственно 16 и 17.

Как показали экспериментальные исследования, данное устройство для регулирования температуры газа в проточной камере позволяет воспроизвести в последней законы изменения температуры газа, на 20-30 превьниающие значения температуры газа для соответствующих моментов времени, получаемые известным уст-. ройством программного регулирования температуры газа. г

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования температуры- газа в проточной камере, содержащее ресивер с коллектором,проточную камеру с дросселем постоянного сечения на выходе и обратную модель системы, включающую обратную модель проточной камеры, подключенную входом через неинвертирующий и инвертирующий входы элемента сравнения к выходам соответственно первого и второго задатчиков, причем второй задатчик вторым выходом подключен к соответствующему входу первого сумматора, первый вход которого соединен с выходом обратной модели проточной камеры, а выход является выходом обратной модели системы, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности регулирования температуры газа, проточная камера соединена с коллектором через соосно и противоположно расположенные между собой впускные каналы, в каждом из которых установлен регулируемый дроссель, соответственно первый и второй, при этом в устройство введены первый и второй усилители, второй и третий сумматоры, блок коррекции, а также датчики температуры и давления, установленные в ресивере, датчик давления, установленный в проточной камере, первый, второй и третий расходомеры, размещенные соответственно в коллекторе и в выходных патрубках первого и второго регулируемых дросселей, и датчик давления, установленный на потреби15

3S

55 теле, причем первый и второй усил.»тели подключены входами к выходу обратной модели системы, а выходами — к первым входам соответственно второго и третьего сумматоров, блок . коррекции подключен первым и вторым входами соответственно к датчикам температуры и давления, установленным в ресивере, и к соответствующим входам второго задатчика обратной модели системы, третьим вхо1дом — к датчику давления, установленному в проточной камере, четвертым, пятым и шестым входами — к первому, второму и третьему расходомерам соответственно, первый и второй выходы блока коррекции подключены через вторые -входы второго и третье" го сумматоров к управляющим входам соответственно первого и второго регулируемых дросселей, а третий вход второго задатчика обратной модели системы соединен с датчиком давления, установленным на потребителе.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что обратная модель проточной камеры содержит четвертый сумматор, первый и второй интеграторы и дифференциатор, вход которого является входом обратной модели проточной камеры и подключен к четвертым входам обоих интеграторов и четвертого сумматора, а выход — к первому входу этого же сумматора, который своим выходом, являющимся выходом обратной модели проточной камеры, подключен к первым входам обоих интеграторов, выходы которых соединены соответственно с вторыми и третьими входами четвертого сумматора и обоих интеграторов.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т— л н ч а ю щ е е с я тем, что второй задатчик обратной модели системы содержит первый и второй блоки умножения, первый и второй блоки деления, третий и четвертый усилители, потенциометр, нелинейный блок и пятый сумматор, при этом неинвертирующий с единичным коэффициентом передачи вход пятого сумматора и вторые входы вторых блоков умножения и деления являются соответственно первым, вторым и третьим входами второго задатчика, инвертирующим входом пятый сумматор .через первый н второй входы первого блока умножения подключен

1215103 к потенциометру, а выходом, являющимся также первым выходом второго задатчика, — к второму входу первого блоza деления, который первым входом соединен с первым входом второго задатчика, а выходом через последовательно соединенные третий усилитель и нелинейный блок - с первым входом второго блока умножения, подключенного выходом через первый вход второго блока деления к четвертому усилителю, выход которого является вторым выходом второго задатчика.

4. Устройство по пп. 1-3, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что блок

:коррекции содержит блок извлечения квадратного корня, третий, четвертый, пятый и шестой блоки деления, второй gp нелинейный блок, пятый усилитель, третий блок умножения, шестой, седьмой сумматоры, неинвертирующие входы котоРых являются четвертым входом, а инвертирующие — соответственно пятым и шестым с единичными коэффициентами передачи входами блока коррекции, выходы сумматоров подключены к первым входам соответственно пятого и шестого блоков деления, выходы которых являются первым и вторым выходами блока коррекции, а вторые входы подключены к выходу пятого усилителя, который последовательно через первый и второй входы третьих блоков умножения и деления подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, вход которого является первым входом. блока коррекции, вторым входом третий блок умножения через второй нелинейный блок подключен к выходу четвертого блока деления, второй вход которого, являясь вторым входом блока коррекции, подключен также к первому входу третьего блока деления, а первый вход четвертого блока деления является третьим входом блока коррекции.

1215103

1215103

Составитель М.Чернова

Редактор К.Волощук Техред О.Неце Корректор Е.Сирохман

Заказ 907/56 Тираж 837 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4