13. Регулирование охлаждения кристаллизатора унрс

Кристаллизатор является водоохлаждаемым объектом. На вход системы охлаждения поступает вода с температурой Т₀и расходомQ. Пройдя через систему охлаждения, вода приобретает температуру Т_В. Задача системы регулирования состоит в том, чтобы обеспечить такое количество воды, которое не дало бы нагреться кристаллизатору до температур, недопустимых по технологическим ограничениям. При этом температура воды на выходе не должна быть больше 70-80⁰С, так как закипание воды недопустимо. Оптимальный перепад температуры воды на входе и выходеТ примерно 10-15⁰С.

Статическая характеристика объекта, связывающая расход воды Qи перепад температурТ= Т_В- Т₀ представлена на рисунке.

Анализ характеристика показывает, что расход воды меньший чем Q_minнедопустим, так как температура на выходе будет слишком высокой иQ_minследует считать минимальным (нерегулируемым) расходом, который должен обеспечивается в любом случае. Для того, чтобы обеспечить безопасную работу, расход увеличивается за счет регулируемой составляющейQ_p=Q-Q_min, снижающей выходную температуру воды и, соответственно перепадТ.

Динамическая характеристика (переходная) приведена ниже.

Обработка данных показала, что объект представляет собой звено второго порядка с запаздыванием.

При этом , так как теплоемкость меди (стенки кристаллизатора) много меньше теплоемкости воды. Без большой ошибки можно аппроксимировать объект инерционным звеном с запаздыванием.

Время запаздывания составляет примерно 5÷6 сек., постояннаяоколо 20÷30 сек. Среднее значение k определяется по формуле:

Коэффициент kимеет отрица-тельный знак.

Вода в кристаллизатор подается под давлением. Среднее давление около 8 атм. (8 кг/см²). Расход воды около 300 м³/час (80 лит. в сек).

Задача системы регулирования заключается в подаче такого количества воды, которое обеспечивало бы оптимальный температурный режим кристаллизатора и перепад температуры воды в диапазоне 10-15 ⁰С.

При разработке системы регулирования и её структурной схемы использовался следующий подход. Общее количество воды представляется суммой двух составляющих: Q_min – минимальное количество воды, при котором перепад температуры воды максимален и равен 50-60⁰С (при температуре на входе 10-30⁰С это соответствует 60-90⁰С на выходе) иQ_p– регулируемая добавка, снижающая этот перепад до оптимальных 10-15⁰С. Чем большеQ_p, тем меньше перепад температур и тем больше уменьшение перепада относительно максимального. Пусть Т₀- температура воды на входе, Т_в– температура на выходе при минимальномQ_min, Т_вр– температура воды на выходе, соответствующая регулируемому дополнительному расходуQ_p.

Представим объект в АСР в виде двух звеньев, одно из которых отражает динамику, а второе - статическую характеристику, связывающую величину снижения температуры от максимальной и дополнительному расходуQ_p.

Эта характеристика получена из зависимости ,приведенной выше. Точные данные должны определяться на конкретном объекте экспериментально. Пусть приQ=Q_min=0.5Q_max=40 л/c(Q_p=0) перепад составляет 60⁰С,. Тогда при повышении расхода доQ=Q_max=80 л/c, то естьQ_p=40 л/с перепад составит 10⁰С, т.е.

Структурная схема выглядит следующим образом.

Здесь: К_и=Q_p/U_p=40/10=4, T_u=1c,

W_др=K_др/T_дрp+1; К_др=10/40=0.25; Т_др=0,5, ,

По модели можно рассчитать регуляторы и проверить работоспособность системы.

а) Расчет контура расхода воды

;

;

К_др ;

Т_u=T_др=0.5; Т=3

;

(файл KR_OX.SA) (mc_piras.sa)

б) Расчет контура температуры

Передаточная функция внутреннего контура

(усредненный коэффициент объекта)

(mc_rt.sa)

(krist_oxl.sa)

Модель АСР в программе «Анализ систем 3.1» представлена на рисунке. Результаты приведены ниже. Принято значениеT₀= 20 °C,T₃= 15 °C, то естьT_В= 35 °C.При возмущении поTна 10 °Cи последующем возмущении по давлению воды на 2 атм. система обеспечивает стабилизацию по температуре на заданном уровне.

Структура модели АСР температуры кристаллизатора

1

2

Результаты расчета по модели

1 - температура воды на выходе кристаллизатора (°C), 2 - расход воды (л/с)