Устройство для регулирования температуры газа в проточной камере

(5 П 4 05 0 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР В 601675, кл. С 05 0 23/19, 1973.Авторское свидетельство СССР У 504185, кл. С 05 П 23/19, 1974.Авторское свидетельство СССР В 399836, кл. С 05 Э 23/02, 1971,Авторское свидетельство СССР В 935887, кл. С 05 П 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 801215103 А температуры газа в проточной камере поступающая из ресивера газовая среда сначала разделяется в коллекторе на два потока, после чего эти потоки по соответствующим 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 фф газа. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. СлЭавй5 25 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 в . 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 35 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 55 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 интеграторов 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 четвертый 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 в , 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. Четвертый40 3 121 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 вторым5 входом блока умножения 41.Устройство для регулирования температуры газа в.проточной камере работает следукзцим образом.Пусть в проточной камере 7 необхо- О димо реализовать заданный закон изменениятемпературы газа ТН. относительно заданного установившегося значения Т , Тогда сигнал О И) с выхода первого задатчика 11, эквивален тный заданной программе изменения температуры 11) , которую необходимо реализовать в проточной камере 7, поступает на неинвертирующий вход элемента сравнения 10, на инвертиру ющий вход которого с первого выхода второго задатчика 12 подается сигнал О ; эквивалентный заданному устаТ фйовившемуся значению температуры газа 1 в проточной камере 7, Раз ность этих двух сигналов 0 Й) =0 (1) -От , эквивалентная разности температур дТ И) =Т Й) То 1 с выхода элемента сравнения 10 подается на вход обратной модели проточ"ЗО ной камеры 9. Функциональная взаимосвязь между входным сигналом Од И) и выходным сигналом ОдК) обратной моДели проточной камеры 9, эквивалентным суммарному отклонению ЬЯЯ) регулируемых дросселей 5 и 6, , может быть установлена либо экснериментально (например, методом идентификации), либб теоретически. В об. - щем случае величина ДЯ(1) зависит от таких параметров, как ДТй) ид ьт(ИМобъема Й проточной камеры 7, давления Рр и температуры Тр газа в ресивере 1, площади 5 З дросселя 45 постоянного сечения 8, теплофизических свойств газовой среды, а именно показателя адиабаты К и газовой постоянной КС выхода обратной модели проточной камеры 9 сигнал Од 5 (1) пос 50 тупает на первый вход первого сумматора 13, на второй вход которого одновременно поступает сигнал 05 о, эквивалентный установившемуся значению суммарной площади открытий ре 55 гулируемых дросселей 5 и 6 и формируемый на выходе второго задатчика 510312. С выхода сумматора 13 сигнал5(1) одновременно поступает навходы первого 14 и второго 15 усилителей, на выходах которых формируются сигналы соответственно 051(1) иО И ), одновременно поступающиена первые входы сумматоров соответственно 16 и 17, При этом коэффициентпередачи К 1 усилителя 16 может бытьвыставлен в пределах 0 ( К 1( 1, .так что Оз = ( 1 ОСоответственносигнал на выходе усилителя 15: 05 =1)(15 фДля реализации процессов с наименьшими потерями энергии в проточнойкамере 7 целесообразно брать К 1= 0,5. Одновременно на блок коррекции 18 поступают сигналы с датчиковтемпературы 19 и давления 20 газав ресивере 1, датчиков давлениягаза 21 и 25 соответственно в проточной камере 7 и на потребителе,а также с расходомеров 22-24, установленных соответственно в коллектореи в выходных патрубках регулируемых дросселей 5 и б. Эта информация о текущем состоянии процессов,протекающих в данном устройствев каждый момент времени, в блоке .коррекции 18 преобразуется с цельюполучения в каждый момент времениинформации о действительных отклонениях д Я 1(1) и Д 52 значенийплощадей Регулируемых дросселей5 и б от требуемых 51(ф) и 82 Я),формируемых на выходах усилителей14 и 15Подавая на вторые входысумматоров 16 и 1 сигналы соответственно Од 51 (ф) и Цд 5 И) ф навыходах этих сумматоров получаютоткорректированные сигналы 01 Й)и 05 (Ь), которые и поступаютна управляющие входы. регулируемыхдросселей соответственно 5.и 6,изменяя их пропускные площади такимобразом, чтобы в проточной камере 7реализовывался закон изменения температуры 1 И), заданный задатчиком11, При этом газовые потоки черезрегулируемые одновременно дроссели5 и 6 поступают соосно и навстречудруг другу и одновременно газоваясреда через дроссель 8 поступаетна потребитель,Таким образом, поступающие навстРечу друг другу газовые потоки тормозятся в проточной камере за счетсоударения их между собой, в ре 1215103на дифференцирующее устройство 26на выходе которого формируется сигдО ьтИнал , эквивалентный произсй.водной от Т , и на четвертыевходы четвертого сумматора 27 первого и второго интеграторов 28 и 29.С выходов интеграторов 28 и 29 сиг О налы, эквивалентные соответственноотклонениям давления Ьр(1) и скорости ЬЧ(1) в проточной камере 7,подаются соответственно на вторыеи третьи вхоДы этих же интеграторов 28 и 29 и сумматора 27, на первый вход которого, одновременно подаОлт Н)ется сигнал с выхода дифд 1ференцирующего устройства 26. На 20 выходе сумматора 27 Формируетсясигнал Од И). эквивалентный отклонению аЯ (1) суммарной площадиоткрытия регулируемых дросселей 5и 6, который также одновременно пос тупает и на первые входы интеграторов 28 и 29. Коэффициенты передачисумматора 27 и интеграторов 28 и 29следующие:КЗ = - (а 1 + аба + а а, )К 2К 5 = (а + а 7 а)К 2= аз 1 + азха 1 + апав 1К 13 = аз + а 37 аг. и, Ч - скорости движениягаза соответственнов проточной камере7 через регулируемыедроссели 5 и 6 (Ч., == Ч = Чп) и черездроссель постоянного сечения 8;81 ,82 - площади пропускныхсечений регулируезультате чего кинетические энергииэтих потоков полностью или частично преобразуются во внутреннюю ипотенциальную энергии газовой средыв камере. Соосной подачей газовыхпотоков обеспечивается наибольшаяплощадь соударения их между собой,,что в свою очередь обуславливает инаибольшую эффективностьпреобразования кинетических энергий потока вовнутреннюю и потенциальную энергии заторможенного в проточной камере газа.Исключение в данном устройствевозможностей соударения газовогопотока со стенками камеры приводитк уменьшению непроизводительныхзатрат кинетической энергии потокана нагрев последних и последующихпотерь этой энергии теплообменомв окружающую среду, что и обуславливает повышение точности реализации заданных программ изменениятемпературы газа в проточной камере,Обратная модель проточной камеры9 Функционирует следующим образом.Сигнал Оут Ж) с выхода элементасравнения 10 подается одновременноК 2 = (аК 1 + аз(1 - К 1К 4 = -(аэ + а,н абаз )К 2К 8 = .(аз + ачабаз)Кб = (аК 1 + а 5 (1 - К 1)К 10 = (аз К 1 + аз (1 - К 1)К 12 = (азз + аз 1 аьз)Кх;где й; = ( ) - коэффициенты.лионеаризации относительно установившихся режимов, определяемые экспериментально,1 = 1, 2, 3, 4, 5, х(1 д,ффс 1 фйТ йЧх = - х = - х =Ч х =Ч2 дэ э дй 1 з Р1 р 2 ау 7 р у 1 = р У йУ, = Ч, У = Б 1 Уз = 82У 6 - ЧпУ 9, = ЧРЭ мых дросселей соответственно 5 и б,р, Т - давление и температура газа в проточ ной камере 7.Второй задатчик 12 функционируетследующим образом.С датчика температуры газа 19 вресивере 1 сигнал одновременно пос тупает на неинвертирующий вход сединичным коэффициентом передачипятого сумматора 30 и на первыйвход первого блока деления 33, навыходе которого Формируется сигнал, 5 а эквивалентный отклонению значениятемпературы газа в ресивере Три установившегося значения температуры газа То в проточной камере 7.При этом одновременно на инверти рующий вход сумматора 30 подаетсясигнал, эквивалентный квадрату уста,новившегося значения скорости газаЧо в проточной камере 7 и формируемого 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 в диапазоне значенийО С+ с крО ь Чо Окр -(КЙТр (К+1 ЦЭто максимально возможная величинаскорости газа в проточной камере 7.Коэффициент передачи К 14 по инвертирующему входу сумматора 30 определяется следующим образом: К 14=(К - 1)/2 КН. Выходной сигнал сумматора 30 одновременно поступает навторой вход первого блока деления33 и на инвертирующий вход элементасравнения 10. Сигнал с выхода бло. ка деления 33 поступает на третийусилитель 33 с коэффициентом передачи К 15 = 2/(К + 1), после чего сигнал, эквивалентный величинеК 15 х (1 р /Т ) поступает на нелинейный блок 35, реализующий Функциональную зависимостьРК- ЧК 15 Тр (То фРчгде Р, ро - давление газа соответственно на потребителеи в проточной камере7 в установившемся режиме.С выхода блока 35 сигнал подаетсяна первый вход второго блока умножения 36, на второй вход которогопоступает сигнал с датчика давлениягаза 25 на потребителе. В результатеэтого на выходе блока 36 формируется сигнал, эквивалентный значениюкоторый затем постуйает на первый вход второго блока деления 37,на второй вход которого подаетсясигнал с выхода датчика давления 20в ресивере 1. Получаемый на выходеблока деления 37 сигнал, эквивалентный отношению давлений Р /Рр, поступает на четвертый усилитель с коэффициентом К 16 1,893 хЯЗ, на выхо 1 де которого формируется сигнал Озоэквивалентный величине Яь, , послечего последний сигнал поступает навторой вход сумматора 13,Блок коррекции 18 работает следующим образом.С датчика температуры 19 в ресивере 1 сигнал Ор поступает на блок извлечения квадратного корня 39, с выхода которого сигнал, эквивалентный величине Тр ., 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 О у , эквивалентный газодинамической Функции 5 10К+1 орц 20 и формируемый на выходе второго нелинейного блока 48, а с выхода блока умножения 41 сигнал поступаетна усилитель 42, имеющий коэффициент передачи1-1 ИКоНа вход блока 48 сигнал, эквива- лентный величине Рр , поступаетс четвертого блока деления 47, напервый вход которого сигнал Ор подается с датчика давления 21, а на 35второй - сигнал Ор -, с датчика давр.ления 20. При этом последний сигнал одновременно поступает и на первый вход третьего блока деления40. На неинвертирующие входы сумматоров 45 и 46 с коэффициентами передачи соответственно К 1 и (1 - К 1)поступает сигнал Оа с расходомера22, а на инвертирующие входы этихсумматоров с единичными козффициен- .45тами передачи подаются сигналы соответственно ОС 1 с расходомера23 и Ь с расходомера 24. Тогдана выходах сумматоров 45 и 46 Формируются сигналы соответственно Оьа,50и Оьт, характеризующие отклонениядействительных расходов газа Ц 1 иЦ через соответствующие регулируемые дроссели 5 и 6 от требуемыхК 1 О и (1 - К 1)О, Подавая сигналы 55О 41 и О 662 на первые входы блоковделения соответственно 43 и 44, навторые входы которых одновременнопоступает сигнал с выхода усилителя,142 эквивалентный величине КоРрУр), 1215103 10на выходах блоков,43 и 44 получают сигналы 04 и 00 Б 1, 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 устройством программного регулирования температуры газа,формула изобретения1. 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 потреби 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 теле, причем первый и второй усилители 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 вхо 1 дом - к датчику давления, установленному в проточной камере, четвертым, пятым и шестым входами - к пер. вому, 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 умножений, 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 и второй входы первого блока умножения подключенк потенциометру, а выходом, являющимся также первым выходом второго задатчика, - к второму входу первого блока 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, подключенно О го выходом через первый вход второго блока деления к четвертому усилителю, выход которого является вторым выходом второго задатчика.154. 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 20 нелинейный блок, пятый усилитель, третий блок умножения, шестой, седьмой сумматоры, неинвертирующие входы котоРых являются четвертым входом, а инвертирующие - соответственно пятым и шестым с единичнымикоэффициентами передачи входамиблока коррекции, выходы сумматоровподключены к первым входам соответственно пятого и шестого блоковделения, выходы которых являютсяпервым и вторым выходами блока коррекции, а вторые входы подключенык выходу пятого усилителя, которыйпоследовательно через первый ивторой входы третьих блоков умножения и деления подключен к выходублока извлечения квадратного корня,вход которого является первым входом.блока коррекции, вторым входом третий блок умножения через второйнелинейный блок подключен к выходучетвертого блока деления, второйвход которого, являясь вторым входомблока коррекции, подключен такжек первому входу третьего блока деления, а первый вход четвертого блокаделения является третьим входомблока коррекции.121503 Составитель М.Черновадактор К.Волощук Техред О.Неце Корректор Е.Сирохман ал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 аказ 907/56 Тираж 837 ВНИИПИ Государствеин по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Подписио комитета СССРи открытийаушская наб., д.4