Устройство для регулирования соотношения расходов двух смешиваемых потоков

ЕНИ ИДЯТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИК АВТОРСКОМУ СВ. (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ РАСХОДОВДВУХ СМЕШИВАЕМЫХ ПОТОКОВ, содер.жащее проточную камеру с датчиками величины проходного сечения ее сопла, температуры смеси в камере н давления смеси,выход последнего из которых подключенк одному входу первого элемента сравнения,другой вход которого связан с выходом задатчика давления смеси в проточной камере,регулятор давления смеси, выход которогосоединен с первым регулирующим вентилем,установленным на выходе баллоной газас датчиком давления газа, второй элементсравнения, один вход которого подключенк задатчику расхода жидкости, а другой -к датчику расхода жидкости, установлен-.ному между омическим подогревателем и 801062658 вторым регулирующим вентилем, размещенным на выходе баллониой жидкости и подключенным к выходу регулятора расхода жидкости, отличающееся тем, что, с цельюповышения точности, оно содержит два форсирующих звена, датчик положения второго регулирующего вентиля, два квадратора, блок разности, сумматор и два блока деления, выход первого из которых связан с входом первого форсирующего звена, включенного между выходом первого элемента сравнения.и входом регулятора давления смеси, и с входом второго форсирующего звена, вклю ченного между выходом второго элемента сравнения н входом регулятора расхода жидкости, причем входы первого блока деления связаны соответственно с выходом датчика температуры смеси и с выходом сумматора, входы которого подключены к выходу дат- у .чика температуры смеси в проточной камере, Ч Ф к выходу датчика величины проходного се- С чения сопла, к выходу второго блока делеияя и к выходу блока разности давления, а входы которого соединены с выходом датчика давления газа, с выходом датчика дав- . ьы ления смеси и с выходом первого квадратора, ар вход которого подключен к выходу датчика давления газа, а выход датчика положения второго регулируемого вентиля через второй Ьа) квадратор связан с одним входом второго фЪ , блока деления, другой вход которого подклю (фд чеи к выходу датчика расхода жидкости, 01062658 2возмущений при взаимовлиянии регулируемых параметров.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для связного регулирования по двум переменным, содержащее регулятор и два исполнительных механизма с датчиками положения регулирующих органов, в котором с целью повышения эффективности регулирования при больших возмущающих воздей О ствнях установлены два пусковых реле, подключенных к выходам соответствующих датчиков положения. Кроме того, введены реле блокировки и управления, обеспечивающие заданную последовательность переключенийсхемы управления, причем исполнительныемеханизмы обоих исполнительнЫх органов подключены к регулятору через контакты реле управления 4.Недостатком известного, устройства яв 20 1Изобретение относится к автоматвческому управлению, может быть использованов химической промышленности, экспериментальной аэродинамике и предназначено дляформирования рабочих смесей с различнымпроцентным соотношением вещества, исходными компонентами которых являются газн жидкость,Известна регулирующая система, обеспечивающая постоянное соотношение рас-,ходов в газовых магистралях. Система поддерживает соотношение расходов в двухмагистралях. В первой магистрали расположены два редукционных клапана: одинвыше по потоку от дросселя, а другой -ниже, В каждом канале имеется устройство,реагирующее на перепад давления газа.Изменение давления выше или нижедросселя во второй магистрали вызываетперемещение первого дросселирующего элемента клапана в первой магистрали и корректировку давления на соответствующейстороне дросселя первой магистрали. Этакорректировка направлена в сторону поддержания постоянного отношения расходав двух газовых магистралях. Изменениедавления выше по потоку в первой магистрали приводит к перемещению второго дросселирующего элемента клапана 1.Недостатком системы является ограниченный диапазон регулируемых параметров,Известно также электротехническое устройство для одновременного регулированиянескольких взаимосвязанных параметров.содержащее отдельные мостовые схемы покаждому параметру, В одном плече каждоймостовой схемы расположен задатчик регулируемой величины, в другом - датчикрегулируемой величины, Выходные сигналымостовых схем, возникающие прн рассогласовании, используются для привода исполнительного механизма, который расположенна выходе матричной схемы, имеющей специальную программу работы 2.Недостатком устройства является наличие общего исполнительного механизма,подключаемого поочередно (по программе)к тому илн иному параметру через матричную схему, Это приводит к увеличению длительности переходных процессов и ухудшаетдинамические характеристики устройствапри наличии инерционных объектов регу.лнрования.Кроме того, известен многоканальный.регулятор, содержащий датчики регулнруемых параметров и датчики корректирующих. параметров в каждом канале, суммирующийблок, общий для всех каналов, блок заданиярегулируемых параметров, исполнительныеустройства и блок управления 3.Недостатком регулятора является невозможность его использования для кратковременных технологических процессов, таккак возможны значительные времена переходных процессов прн наличии больших 25 30 35 40 45 50 55 ляется отсутствие учета инерционности объектов регулирования в сигналах коррекции, что ограничивает его область применения. Кроме того, известное устройство не обеспечивает устойчивое регулирование параметров смеси, исходными продуктами которой являются вещества, находящиеся в различных фазовых состояниях: жидком н газообразном.Целью изобретения является повышение точности устройства при регулировании соотношения расходов двух смешнвающихся потоков, исходными продуктами которых являются жидкость и газ.Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования соотношения расходов двух смешиваемых потоков, содержащее проточную камеру с датчиками величины проходного сечения ее сопла, температуры смеси в камере и давления смеси, выход последнего из которых подключен к одному входу первого элемента сравнения, другой вход которого связан с выходом задатчика давления смеси в проточной камере, регулятор давления смеси, выход которого соединен с первым регулирующим вентилем, установленным на выходе баллонной газа с датчиком давления газа, второй элемент сравнения, один вход которого подключен к задатчику расхода жидкости, а другой - к датчику расхода жидкости, установленному между омическим подогревателем и вторым регулирующим вентилем, размещенным на выходе баллонной жидкости и подключенным к выходу регулятора расхода жидкости, введены два форсирующих звена, датчик положения второго вентиля, два квадратора, блок разности, сумматор и два блока деления, выход первого из которых связан с входом первого форсирующего звена, включенного между выходом первого элеМента сравнения и входом регулятора давления смеси, н с входом второго форсирующего звена, включенного между выходом второго1062658 Т 4Яи Ь ЫС 35 Оа Р 1 УФ элемента сравнения и входом регулятора расхода жидкости, причем входы первого блока деления связаны соответственно с выходом датчика температуры смеси и с выходом сумматора, входы которого подключены к выходу датчика температуры смеси в проточной камере, к выходу датчика величины проходного сечения сопла, к выходу второго блока деления и к выходу блока разности давления, входы которого соединены с выходом датчика давления газа, 1 О выходом датчика давлениясмеси и с выходом первого квадратора, вход которого подключен к выходу датчика давления газа, а выход датчика положения второго регулирующего вентиля через второй квадратор связан с одним входом второго блока деления, другой вход которого подключен к выходу датчика расхода жидкости.Исследования показали, что .передаточные функции объекта регулирования по каждому каналу смешения (% и Фх) представляют апериодические звенья вида где К, и Кх - коэффициенты передачи объекта регулирования по каждому каналу смещения;Тою - постоянная времени объекта,характеризующая инерционность процесса смешения жидкости и газа, которая может быть выражена по каждому из каналов смешения единой нормированной величиной1/йЮЪ где Ч - объем проточной камеры;К - газовая постоянная;% - температура смеси в камере;Гс - проходная площадь сопла на выходе 40проточной камеры;Гх - текущее значение площадей открытия регулирующего вентиля жидкости;Р - давление смеси в проточной камере;.Р - давление газа в баллонной;р - постоянная безразмерная величина,характеризующая конструктивныеособенности регулирующего вентиля по каналу жидкости;- удельный вес жидкости;- ускорение свободного падения;ба - расход жидкости.Знаменатель выражения для Тб является алгебраической суммой частных производных от расходов каждого из двух входящих в камеру и выходящего потоков по 55давлению в камере (м/с). Все числовыекоэффициенты в выражении для Т 4 размерны,4На чертеже представлена блок. схема устройства для регулирования соотношения расходов двух смешивающихся потоков и подключение ее к объекту регулирования - проточной камере.Проточная камера 1 с соплом 2 на выхо. де соединена по каналу подачи газа через регулирующий вентиль 3 с баллонной 4 сжатого газа, а по каналу подачи жидкости через омический подогреватель 5 и датчик б расхода - с регулирующим вентилем 7, к входу которого подключена баллонная 8 жидкости. Цепь управления регулирующего вентиля 3 газа подключена к выходу регулятора 9 давления смеси, вход которого через форсирующее звено 10 подключен к элементу 11 сравнения, один из входов которого связан с задатчиком 12 давления смеси в проточной камере, а другой вход - с датчиком 13 давления смеси в проточной камере. Цепь управления регулирующего вентиля 7 подключена к регулятору 14 расхода жидкости, вход которого через форси. рующее звено 15 подключен к выходу элемента 16 сравнения, одни нз входов которогоподключен к задатчику 17 расхода жидкости, а другой вход - к датчику б расхода. Цепи управления форсирующими звеньями 10 и 15 подключены к выходу блока 18 деления нормированной .постоянной времени подачи вещества (жидкости и газа).Датчик 19 давления газа в газовой баллонной через квадратор 20 давления газа в баллонной подключен к одному из входов блока 21 разности давлений (0,25 Рб - 0,5 Р), второй вход которого подключен к датчику 19 давления газа, а третий вход - к датчику 13 давления смеси.Выход блока 21 разности связан с одним из входов сумматора 22. Датчик 23 величины проходного сечения сопла 2 подключен к второму входу сумматора 22, третий вход которого связан с блоком 24 деления вели- чины Выходы блока 24 подключены к датчику брасхода жидкости и к квадратору 25 площади открытия вентиля 7, связанному свыходом датчика 26 положения этого вентиля,Выход сумматора 22 совместно с выходомдатчика 27 температуры смеси в камереподключены на входы блока 18 вычислениянормированнои постоянной времени, выходкоторого связан с управляющими входамифорсирующих звеньев 10 и 15,Устройство работает следующим образом,Первой запускается наиболее инерционная система регулирования расхода жидкостн, содержащая подогреватель 5,С помощью.задатчика 18 расхода жидкости и датчика 6 расхода элемент 16 сравненияна своем выходе формирует сигнал управления, который через форсирующее звено 155поступает на вход регулятора 14 расхода жидкости, обеспечивая перемещение регулирующего вентиля 7 на величину, пропорциональную расходу бг и производной Ю фlНЖидкость (например углекислота или азот) поступает из баллонной 8 через омический подогреватель 5 в проточную камеДатчик 6 расхода, установленный в трубопроводе перед подогревателем 5, выдает сигнал на один из входов элемента 16 сравнения, замыкая тем самым главную обратную связь контура регулирования расхода жидкости. Жидкость на выходе омическогО подогревателя превращается в газ и подается в проточную камеру в газообразном состоянии, Таким образом, подогреватель выполняет роль газификатора.К моменту окончания переходного процесса .(или несколько ранее) включают менее инерционную систему подачи газа (например, воздух).Аналогично с помощью задатчика 12 и датчика 13 давления смеси в проточной камере элемент 11 сравнения через форсирующее звено 10 выдает сигнал рассогласования в регулятор 9, управляющий регулирующим вентилем 3. Закон изменения этого сигнала содержит составляющие давления смеси в проточной камере Рк и ее производную ЙРк/сИ.Газ из баллонной 4 высокого давления через регулирующий вентиль 3 поступает в проточную камеру 1 и далее через сопло 2 на выход. Суммарный расход газа через проточную камеру определяется давлением газовой смеси в камере и проходным сечением сопла, измеряемым датчиком 23.Датчик 9 давления газа в баллоннойг выдает сигнал в квадратор 20 величины Р и блок 21 разности, на другой вход которого поступает сигнал Р с датчика 13 давления.На выходе блока разности оумиретсясигнал, пропорциональныи01 5 Рб Рк) который подается на один из входов сумматора 22. Сигнал с датчика 26 положения регулирующего вентиля 7 в канале жидкости преобразуется в квадраторе 25 в величину Г и далее, проходя через блок 24 деления, поступает на другой вход сумматора 22 в виде сигнала, характеризуемого зависимостьюгНа третий вход сумматора 22 подается сигнал с датчика 23 величины проходного062658 сечения сопла 2 и датчика 27 температурысмеси в камере.Напряжение с выхода сумматора совместно с сигналом с датчика 27 температурыпоступает на входы блока 18 нормированнойпостоянной времени, который непрерывновыдает напряжение, пройорциональиое постоянной времени объекта регулированияТОб Я О а (2 - б1 Ои е бгЭто напряжение подается затем в цепиуправления форсирующими звеньями 10 и5 и управляет постоянными времени последних таким образом, чтобы в любой момент времени поддерживалось равенствоТр== Тоб, где Тр, и Тф, - постоянные времейи форсирующйх звеньев 10 и 15, соответственно.Конструктивно управляемое форсирующее звено может быть выполнено, например,20 по схеме операционного усилителя, охваченного емкостной обратной связью в виде гирлянды конденсаторов, переключаемых с помощью диодной линейки, управляемой напряжением, снимаемым с блока нормированной постоянной времени.Включение управляемых форсирующихзвеньев в контур регулирования улучшаетдинамику устройства.Предлагаемое устройство даже при значительном изменении постоянной времениЗО объекта регулирования по каждому из каналов обеспечивает устойчивое регулирование в широком диапазоне изменяемых параметров с постоянной фазочастотной характеристикой,Использование новых связей для управЗ ленин форсирующих элементов, а также самих элементов: квадратора Рб давления газав баллонной, квадратора Г площади открытия регулирующего вентиля по каналу жидкости, блока разности величины (0,25, -0;5 Р), блока деления величины - ффсумматора новых не использовавшихся ранее величин, вычислительного блока нормированной постоянной времени Т б - существенно отличает предложенное устройствоот известных.4 Моделирование работы устройства нааналогичной вычислительной машине показало следующую ее эффективность при изменении постоянной времени с 10 в 1 с,длительность переходных процессов сокращена на 35 - 48% при сохранении устойчи 50 ности системы; точность увеличена до 1,2%,и расход энергозатрат (электрической энергии и сжатого газа) сокращен на 9 - 14%,Соста ватель Л. ПтенцовТехред И. ВересТнраж 874сударственного комнтета См изобретен нй н открнтна, Ж - Зб, Раушская наб.,тента, г. Ужгород, ул, П едактор О. Юрковецкааказ 027/48ВНИИПИпо .дел3035, Мосфнлнзл ППП к аКорректор О. БнлаПодпнсноеССРд. 4/Ьроектнзя, 4