Устройство для моделирования процесса механического выделения влаги из полимерных материалов в червячных машинах

Устройство для моделирования процесса механического выделения влаги из полимерных материалов в червячных машинах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электрическому моделированию процессов переработки влажных полимерных материа- -лов в червячных машинах. Цель изобретения - расширение класса реБ1аемых задач путем определения оптимальных режимов процесса в нестационарных условиях. Для достижения цели в устройство введены интегросумматор, сумматор , блоки умножения и функ1(иональные преобразователи. Данное устройство является единой моделью статики и динамики процесса, позволяет рассчитать статические и динаьшческие характеристики и оптимальные режимы работы оборудования. 2 ил.

А1 (дв 4 G 06 С 7/75

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф @,еП.:-,. (д ф Сх ХВ Е СОЮЗ СОВЕТСКИХ -:Ж= ==. ) РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4136414/24-24 (22) 02.07.86 (46) 23.10.88. Бкп. У 39 (72) А.В. Бронфенбренер, И.С. Рывкина и Г.В. Власова (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 595747, кл. G 06 G 7/75, 1973.

Авторское свидетельство СССР

h» 769570, кл. G 06 G 7/75, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ВЛАГИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЧЕРВЯЧНЫХ МАШИНАХ (57) Изобретение относится к электри„,SU „„1432568 ческому моделированию процессов переработки влажных полимерных материа.лов в червячных машинах. Цель изобретения — расширение класса решаемых задач путем определения оптимальных режимов процесса в нестационарных условиях. Для достижения цели в устройство введены интегросумматор, сумматор, блоки умножения и функциональные преобразователи. Данное устройство является единой моделью статики и динамики процесса, позволяет рассчитать статические и динамические характеристики и оптимальные режимы работы оборудования, 2 ил.

1432568

ra решаемых задач путем определения оптимальных релимов процесса в нестациопарных условиях.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 — зависимость Ы =, К(Я) для различных материалов.

Устройство содержит с первого по четвертый интегроеумматоры 1-4, с первого по третий блоки 5-7 умножения (переменных)„ пятый и четвертый блоки 8 и 9 умножения (переменных), блок 10 деления, сумматор 11 и функциональные преобразователи 12 и 13, реализующие нелинейную зависимость мея-;цу лходньпчи и выходными параметрами, На входные клеммы устройства, 15 а с пих на входы иптегросумматора 1, сумматора 11 и блоков 5 и 8 умножения подаются напряжения, пропорциональные массовому расходу материала на входе л ма3ш ну Q><, частоте вращения червячного вала ьЗ, массовой доле влаги в материале на входе 4

30 и величипе сопротивления выгрузочного устройстла Кя. Иа второй и третий

l входы интегросумматора 1 подается с выхода блока 5 умножения напряжение, пропорциональное массовому расходу полимера па выходе из ма шп3ы

0р, и с выхода блока 6 умножения напряжение, пропорциональное массолому расходу отжатой влаги 0 . Напряжение на выходе интегросумматора 1, имитирующее величину заполнения машины материалом Lq подается на входы блока 6 умпожения и блока 10 деления.

На входы интегросумматора 2 с выхода блока 8 умножения подается напряжение, пропорциональное массовому расходу влаги "на входе в машину Я, с выхода блока 6 умножения — напряжение, пропорциональное массовому расходу отжатой влаги Я, с выхода блока 7 умножения — напряжение „пропорциональное массовому расходу влаги, содержащейся в перерабатываемом полимерном материале 0 ь,„. Напряжение на 33ыходе интегросумматора 2, пропорциональное массовой доле влаги в перерабатываемом материале Ц, подается па входы блоков 6» 7 умножения.

На входы интегросумматора 3 подаетИзобретение относится к злектри— ческому моделированию процессов переработки влажных полимерных материалов в червячных машинах.

Цель изобретения — расширение класся с выхода интегросумматора 4 напряжение, пропорциональное текущему значению массового расхода перерабатываемого в машине материала Qy, с выхода блока 5 умножения — напряжение, пропорциональное массовому расходу материала на выходе из машины (д, с выхода блока 6 умножения — напряжение, пропорциональное массовому расходу отжатой влаги Ц . Напряжение на выходе интегросумматора 3, пропорциональное силе противодавления, IIo дается на входы сумматора 11, блока

„ 0 деления и блока 5 умножения. На входы йнтегросумматора 4 подается с выхода блока 10 деления напряжение, пропорциональное величине падения давления на единицу длины заполненной части машины, с выходов функциональных преобразователей 12 и 13 напряжения, пропорциональные моменту нагрузки на валу машины и силе вязкого сдвига. Напряжение на выходе интегросумматора 4, имитирующее текущее значение массового расхода перерабатылаемого материала в машине, подается на входы интегросумматора 3, функционального преобразователя 13 и блоков 7 и 9 умножения.

На вход функционального преобразователя 12 поступает напряжение с выхода сумматора 11 . Напряжение на выходе функционального преобразователя 12, пропорциональное моменту нагрузки на валу машины М» поступает на входы интегросумматора 4 и блока 9 умножения. Выходные клеммы устройства соединены с выходами интегросумматоров

1-3, блока 9 умножения и функционального преобразователя 12.

Таким образом, на выходные клеммы устройства подаются напряжения, пропорциональные массовому расходу материала на входе в машину 03, массовой доле влаги в материале на входе в машину 3„, частоте вращения червячного вала сд и величине сопротивления выгрузочного устройства Кг. С выходных клемм снимаются напряжения, пропорциональные величине заполнения машины L, массовой доле влаги в материале на выходе из машины P давлению материала перед выгрузным устройством Р, моменту нагрузки на валу ма ш ны Мя и мощности N, затрачиваемой на механический отжим.

Устройство работает следующим образом.

1432568

Ь

Dp, Qex 33

Qr, Ям, и Q&H,цли на; высота канала; диаметр; дуа. а 1а

P u P

CO а ч 1. р д х .

1 мГ! Г!

P-Pg — — — Wh D-

Qs Ks 1 I13»

45 где тпрр

Pnz

W—

Математическое описание процесса механического выделения влаги из полимерных материалов можно представить следующей системой уравнений:

Г

Bvü -" dms

Ъ э„= Г fix га„1

Математическая модель процесса, полученная путем введения определенных упрощений и интегрирования сис; темы (1) и при соответствующих граничных условиях имеет вид

dh

1 Ъ -„= 0М вЂ” 0ь — Qr

dy

Н Ь" P — = Яь» Vga Qe Ч Ярою ао„ 6

Wl

K @7+ K Р— Kp Q о

dP — Кр (Ом - Qg Qr) i

Мн и

К ° Р Ы .сг г масса вещества в единице объема; индекс течения; плотность; составляющая вектора скорости по Оси zj составляющая вектора поверхностных сил по оси z; коэффициент динамической вязкости; массовая доля влаги в полимере; время; ширина канала; массовый расход материала на входе, воды на выходе, вдоль канала, влаги в машине соответственно; давление; частота вращения;

Мн и

И вЂ” момент нагрузки и мощность;

П ь — суммарная ширина щелей корпуса;

Кр, К, Кг, Кр, а и Ъ вЂ” эмпирические константы.

Предположим, необходимо снять статические и динамические характеристи ки по каналам частота вращения — величина заполнения, частота вращения давление перед выгрузным устройством, частота вращения — массовая доля влаги в материале на выходе из машины, частота вращения нагрузка на валу машины и затрачиваемая мощность.

Убедивылсь, что значения всех напряжений не изменяются во времени, т.е. что в устройстве не протекает переходный процесс, изменяют (например, увеличивают) напряжение

При этом напряжения на выходах сумматора 11, функционального преобразователя 12 и блока 9 умножения перемено ных безынерционно увеличиваются. Напряжения на выходе интегросумматора

4, охваченного обратной связью через функциональный преобразователь 13, на выходах блока 7 умножения и блока

10 деления также начинают увеличиваться. Выходной сигнал интегросумматора 3, обладающего большим коэффи.циентом усиления, возрастает настолько быстро, что разность между напряжениями, поступающими с выходов интегросумматора 4 и олоков 5 и 6 умножения, в переходном режиме практически равна нулю. Пропорционально напряжению на выходе интегросумматора 3 безынерционно возрастают напряжения на выходах блока 5 умножения и блока 10 деления, а также на выходах сумматора 11, функционального преобразователя 12 и блока 9 умножения.

Напряжение на выходе интегросумматора 2 начинает увеличиваться, а напря1432568

55 жение на выходе интегросумматора 1 уменьшаться. При этом напряжения на выходах блока 7 умножения и блока деления 10 возрастают, а на выходе блока 6 умножения уменьшается, напряжения на выходах интегросумматоров

4 и 3 начинают уменьшаться.

Изменения напряжений на выходах всех элементов устройства и на его выходных клеммах продолжают до тех пор, пока процесс не придет в новое установившееся значение. Конечным итогом является выравнивание напряжений Q q на входной клемме, Яц на выходе интегросумматора 4 и г на выходе блока 5 умножения 5 (массовые расходы материала на входе в машину, в машине и на выходе машины).

Напряжение Ь на выходе интегросумматора 1 уменьшается, что соответствует уменьшению величины заполнения червячной машины. Напряжение Ч на выходе интегросумматрра 2, имитирующее массовую долю влаги в перерабатываемом материале, увеличивается.

Напряжение Q на выходе блока 6 ум ножения (массовый расход отжатой влаги) уменьшается, напряжение Qья на выходе блока 7 умножения (массовый расход влаги в материале в машине) увеличивается..Напряжение P на выходе интегросумматора 3, имитирующее давление перед выгрузным устройством, возвращается к прежнему значению, так как этот параметр практически изменяется незначительно. Таким образом, устройство показывает, что при увеличении частоты вращения в переходном режиме меняются все параметры процесса; производительность, массовая доля влаги, давление, величина заполнения, момент нагрузки и мощность, затрачиваемая на механический отжим. По окончании переходного процесса производительность и давление возвращаются к прежним значениям а остальные параметры принимают новые значения, что соответствует физической картине процесса.

Аналогично можно снять и другие характеристики при воздействии на массовый расход материала на входе в машину, массовую долю влаги в нем, сопротивление выгрузочного устройстэа. Изменением этих параметров можно определить оптимальный режим работы машины при переработке различных марок полимерных материалов, 5

30 отличающихся физико-механическими свойствами. Так, изменением частоты вращения червячного вала и сопротивления ныгрузного устройства можно определить оптимальные величины входного расхода и мощности, затрачиваемой на переработку, обеспечивающие максимальную производительность машины. На фиг. 2 представлены эависимости, полученные с помощью предлагаемого устройства, производительности машины Ц от частоты вращения червячного вала () при переработке различных каучуков. Анализ зависимостей показывает, что существуют оптимальные значения частоты вращения червячногo BBJI8 С опт (D<007 ?? ?????????? ?????????????? ???????????????????????? ???????????????????????? ???????????????????????????????????? ???????????? ?? ????????, ?? ???????? q> макс соответственно, при переработке различных типов полимерных материалов. Точность полученных характеристик зависит от постоянной времени интегрирования и коэффициента усиления интегросумматора 3.

Для практических расчетов величина времени интегрирования должна быть порядка 0,01-0,001 с, а коэффициент усиления выбирается в пределах 1001000.

Формула из обр ет ения

Устройство для моделирования процесса механического выделения влаги из полимерных материалов в червячных машинах, содержащее три интегросумматора, три блока умножения, блок деления, первый вход первого интегросумматора подключен к входу задания массового расхода материала на входе в машину устройства, первый вход первого блока умножения соединен с входом задания сопротивления выгрузного узла устройства, выход первого блока умножения подключен к второму входу первого интегросумма,тора, выход которого является выхо-дом заполнения машины материалом устройства и подключен к первым входам блока деления и второго блока умножения, выходы второго и третьего блоков умножения соединены соответственно с первым и вторым входами второго интегросумматора, выход третьего интегросумматора является выходом давления материала перед выгрузным узлом устройства и подключен к второму входу первого блока умножения, выход первого блока умножения подключен к

143.2568 первому входу третьего интеграсумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач путем определения оптимальных режимов процесса в нестационарных условиях, в него введены четвертый интегросумматор, сумматор, два блока умножения и два функциональных преобразователя, причем выход сумматора подключен к входу первого функционального преобразователя, выход которого соединен с первыми входаьы четвертого блока умножения и четвертого интегросумматора и является выходом момента нагрузки на валу машины устройства, выход четвертого интегросумматора соединен с входом второго функционального преобразователя, с вторым входом третьего интегросумматора, с первым входом третьего блока умножения и с вторым входом четвертого блока умножения, выход которого является выходом мощности, затрачиваемой на механический отжим устройства, вход задания массовой доли влаги н материале на входе в машину устройства и вход задания массового расхода материала на входе в машину устройства соединены соответственно с первым и вторым входами пятого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу второго интегросумматора, выход которого соединен с вторыми входами второго и третьего блоков умножения и является выходом массовой доли влаги в материале на выходе из машины устройства, выход второго блока умножения подключен к третьим входам первого и третьего интегросумматоров, выход третьего интегросумматора соединен с первым входом сумматора и с .вторым входом блока деления, выход которого подключен к второму входу четвертого интегросумматора, третий вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, второй вход сумматора подключен к входу задания частоты вращения червячного ва" ла устройства, 143 >ГВ 3 à

us m 2урт CO пт V О (ИИ Н

80 20 1О

Риг. 2

Составитель И. Дубинина

Техред И.Дидык Корректор М. Васильева

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 5444/44

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 11роектнал, 4