Опубликовано: Март 10, 2012
2.3. Основы расчетного определения динамических характеристикРассмотрим паровую лесосушильную камеру как объект регулирования температуры сушильного агента. Количество тепла, передаваемое от калорифера в камеру за время dx, определяется формулой
(2.12) Регулируемой величиной в камере является температура среды, на которую воздействуют путем изменения давления насыщенного пара, подаваемого в калорифер (или изменением подачи горячей воды). Отсюда входной величиной рассматриваемого звена (объекта) является температура теплоносителя в калорифере іп, а выходной — температура паровоздушной среды в камере ік. При рассмотрении динамики объекта примем следующие допущения: температура сушильного агента по всему пространству камеры постоянна; изучению подлежат лишь небольшие отклонения температуры пара от некоторой постоянной установившейся величины последовательно, - может быть положительной и отрицательной и Тепло, передаваемое в камеру от калорифера за бесконечно малый промежуток времени dx, расходуется на нагрев калорифера и металла в камере, на покрытие потерь через ограждения и на теплообмен с древесиной. Пусть теплоемкость металла равна см Дж/(Hr-0C). Тогда для наіграва металла на I0C надо затратить смтм Дж, а для нагрева на 0C надо затратить Дж, где тш — масса металлических частей в камере (рельсы, треки, вентиляторы и др.), кг. Ааналогично для нагрева калорифера затрачивается Дж.
Потери тепла через ограждения пропорциональны поверхности ограждений For и разности температур камеры и внешней среды . Поэтому за время потери тепла через ограждения равны оде —средний коэффициент теплопе
редачи ограждений, Вт/(м2-°С). Тепло, идущее на теплообмен с древесиной за время равно Согласно теплово
му балансу получаем
или
(2.13)
Допустим, что при некоторой температуре сушильного агента
в установившемся режиме приток энергии в камеру целиком идет на теплообмен с древесиной и на потери через ограждения (рассматриваем случай, когда воздухообмен с внешней средой отсутствует).Тогда температура сушильного агента ме изменяется и Из уравнения (2.13) для этого частного
случая находим
(2.14) Уравнение (2.14) соответствует тепловому балансу для установившегося режима при когда температура сушильного агента достигла определенного значения ік0 и далее <не изменяется. При составлении уравнений (2.13) и (2.14) принято, что температура древесины при небольших изменениях температуры сушильного агента в камере. А. В. Лыков [36] указывает, что в связи с углублением поверхности испарения при сушке материала коэффициент теплообмена а обычно определяют не для разности температуры среды и температуры поверхности ,а для разности температур среды и смоченного термометра -Вэтом случае допущение при небольших изменениях . на малые промежутки; времени достаточно обосновано, т. е. при этом принимается Обозначим превышение температуры над через а превышение температуры ,над через :. Тогда
Так как и
(2.15)
Из уравнений (2.13)и (2.14), учитывая выражения (2.15), после преобразования получим
Обозначим
(2.17)
Коэффициент передачи объекта по определению равен приращению температуры сушильного агента в камере к вызвавшему это приращение изменению температуры пара, т. е.
(2.18)
Если принять, что приращение температуры калорифера равно приращению температуры пара , с учетом выражения (2.18) получим
(2.19)
Предположение, ЧТО Ѳкал ~ Ѳп справедливо, если коэффициент теплоотдачи от калорифера к воздуху а2 равен коэффициенту теплопередачи калорифера /Скал, что с (достаточной точностью можно принять. Действительно, коэффициент теплопередачи калорифера
[37] где — коэффициент теплоотдачи от пара к стенке калорифера; К — коэффициент теплопроводности стенки калорифера; б — толщина стенки. Так как , пренебре
гая сопротивлением стенки , получим откуда следует,
что Подставив выражения (2.17) и (2.19) в уравнение
(2.16), получим
(2.20)
где — постоянная времени объекта, равная
(2.21) Уравнение (2.20) показывает, что по каналу температура теплоносителя (пара)—температура среды сушильная камера при соответствующих допущениях является инерционным звеном. При этом передаточный коэффициент и постоянная времени могут быть рассчитаны по формулам (2.17) и (2.21). В уравнении (2.20) не учитывается время запаздывания т0, наблюдаемое в камерах при снятии кривых разгона. Таким образом, лесосушильная камера как объект регулирования структурно может быть представлена в виде двух соединенных последовательно звеньев: звена с чистым запаздыванием T0 и инерционного звена с постоянной времени Ti и коэффициентом передачи ki (см. рис. 2.12).
При выводе формул (2.17)’ и (2.21) принято, что при малых изменениях температуры в камере за короткие промежутки времени температура древесины остается постоянной. В этом случае теплоемкость древесины не влияет на инерционность камеры (постоянную времени) и камера ведет себя как одноемкостный тепловой объект. Структурная схема камеры, определенная по расчетному уравнению, совпадает со структурной схемой, принятой при аппроксимации кривых разгона. Для оценки формул (2.17) и (2,21) рассмотрим примеры расчета динамических параметров некоторых лесосушильных камер. Пример 1. Камера «Валмет» высокотемпературная, исходные данные приведены в описании (см. § 2.2): тКал = 810 кг, см = 460 Дж/(кг-°С), FKan =
— 180 м2, /Скал =23 Вт/(м2-сС), масса стали 770 кг, масса алюминия 375 кг, Са = 877 Дж/(кг-°С), ^яр = 305 м2, адр=16,2 Вт/(мг-°С), For=75 м2, Kor= [=2,3 Вт/(м2-°С). Постоянную времени находим по формуле (2.21):
Коэффициент передачи находим по формуле (2.17):
Расчетные значения T1 и довольно близко соответствуют »кс п ер и м ен т а л »-
иым
Пример 2. Камера непрерывного действия ЦНИИМОД-32. Исходные дан-
Из кривых разгона (см. табл. 2.1)
Пример 3. Эжекционно-реверсивная камера периодического действия. Исходные данные:
Из примеров видно, что значения динамических параметров, найденные іпо конструктивно-технологическим характеристикам камер, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Следовательно, формулы (2.17) и (2.21) могут быть применены для практических расчетов. Из формулы (2.21) видно, что основная составляющая постоянной времени определяется отношением массы калорифера к его поверхности и коэффициентом теплопередачи /Скал, который зависит от типа калорифера и скорости циркуляции агента сушки. У испытанных камер ЦНИИМОД-32 и «Валмет» калориферы пластинчатые, обладающие небольшой массой на единицу поверхности, поэтому их постоянные времени меньше, чем камер с калориферами из ребристых труб (Например, сравним Ti = 3,3 мин камеры «Валмет» и T1 = 4,4 мин ЦНИИМОД-32 с 7 = 10 мин эжекционно-реверсивной камеры). Коэффициент передачи Ь зависит в основном от тепловой мощности камер, объема и общей поверхности загружаемой в камеру древесины. Время запаздывания T0 в системе регулирования складывается из транспортного и переходного запаздывания: (2.22) Транспортное запаздывание ттр определяется временем, необходимым для переноса теплоносителя с новыми параметрами (после внесения возмущения) до воспринимающего элемента (преобразователя температуры). Так как калорифер в сушильной камере обладает распределенной емкостью, сушильный агент воспринимает изменения подачи теплоносителя в калорифере (изменение температуры пара или горячей воды) через некоторое время. На-, пример, если исходить из времени перемещения пара по калориферу (или -времени конденсации пара), получим
Переходное запаздывание может обусловливаться инерционностью датчика температуры.
Если сушильную камеру как объект регулирования температуры представляем звеном первого порядка, объект с учетом инерционности датчика представит последовательное соединение двух емкостей. В этом случае уравнение объекта имеет вид:
(2.23)
где Tі и — постоянные времени камеры и датчика;
_ — температура среды і(от,счет ведется от установившегося значения);
— коэффициент передачи камеры;
— коэффициент передачи датчика (принимаем /ед = 1);
—вносимое возмущение по температуре теплоносителя в калорифере. Решение уравнения (2.23) представляется в виде (2.24) Для нахождения переходного запаздывания примем, что оно определяется нечувств'Ительйостью регулятора б*, т. е. по прошествии времени Tnep1 когда температура Ѳ(т) достигает порога чувствительности регулятора, последний начинает реагировать на изменение температуры в камере. Тогда Формула (2.26) в целом аналогична выражению для определения запаздывания, приводимому в работе [41].
Для примера рассчитаем запаздывание при снятии кривых разгона в камере ЦНИИМОД-32. Для измерения температуры применялся электронный MOiCT ЭМВ-2 в комплекте с термометром сопротивления ТСП-753, величина постоянной времени которого в среде камеры равна 0,5 мин. Нечувствительность моста ЭВМ-2
(во время опытов). Тогда Расчетное время запаздывания для некоторых камер приведено в табл. 2.2. Как видно из табл. 2.2, расчетное время запаздывания іпо формуле (2.26) близко к фактическому запаздыванию, определенному из кривых разгона (а если прибавить к расчетному значению время переноса теплоносителя — 3—5 с, совпадение будет более близким). При аппроксимации кривых разгона дифференциальным уравнением первого порядка время запаздывания будет больше расчетного, так как кроме транспортного и переходного запаздывания, обусловленного инерционностью датчика, на переходный процесс в камере влияют другие факторы (распределенность тепловых емкостей по объему камеры, влияние инерционности материала и т. п.).
От: LidiaZaiceva,
Скрыть комментарии (отзывы) (0)
Похожие темы:
« Вернуться
|
