Способ автоматического выравнивания температур в группах из трех регенераторов

Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 900106(22) Заявлено 28,09,78 (21) 2673732/24-06 с присоединением заявки РЙ(23)Приоритет Г 28 Г 27/00 Г 28 Р 17/00 111 аудеретаевй каетет СВАР в делам взебретеввЯ в фткрцтвйОпубликовано 23,01.82, Бюллетень3 Дата опубликования описания 23,01,82 1,53) УДК 621,565,.6(088,8)(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ ТЕМПЕРАТУР В ГРУППАХ ИЗ ТРЕХ РЕГЕНЕРАТОРОВИзобретение касается управления тепловым режимом теплообменных аппаратов и относится к способам автоматического управления тепловым режимом регенераторов установок разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения.Известен способ автоматического вы.равнивания температур в группах из трех регенераторов при постоянном периоде продувки путем сдвига двух моментов переключений на 1/3 от величины рассогласования температур задающего и сравнивающего регенераторов в сторону опережения или запаздывания в зависвмоо. ти от знака рассогласования.По данному способу выравнивание температур трех регенераторов группы осушествляют по температурной информапни из середин высот регенераторов путем автоматического сдвига моментов двух переключений внутри постоянного периода на величину, равную 1/3 алгебраичес, кой суммы двух временных интервалов между расчетным и реальным равенствомтемператур регенераторов, сравниваемыхпопарно(11,Недостатком известного способа является невысокая точность выравниванияф температур холодных концов, так какимеется неоднозначность реакций сечений в середине по высоте и у холодного конца на изменение тепловой нагрузки, из-за нелинейного характера измене 10ния температуры по высоте регенератора,вследствие чего ухудшаются температурные условия, определяющие незабиваемость регенераторов, меняются их каракетеристнки и растет гидравлическое со 1противление. Кроме того, вымораживаниепримесей воздуха происходит в среднейчасти по высоте регенератора, следовательно, возможно обмерзание датчиков20температуры и искажение получаемой информации.Бель изобретения - повыщение точноо 1 ти выравнивания температур холодныхконнов регенераторов.3 000106Поставленая цель дос 1 игается тем,н что первое переключение внутри периоча в сдвигают от расчетного на 4/О от величины рассогласования температур задаю- н щего и сравниваемого регенераторов в у р стсрону опережения илн запаздывания в о Ьависимости от знака рассогласования,лНа фиг. 1 изображена диаграмма из- т менения температуры холодных концов в трех регенераторов одной группы при 16 л расчетном режиме; на фнг. 2 - то же,в при возмущающем воздействии и расчеъном времени дутья, на фиг. 3 и 4 - диа- Р грамма выравнивания величик роста температуры первого и третьего регенера и торов, на фиг. 5 и 6 - диаграмма выи равнивания величин роста температурыо всех регенераторов группы на фиг. 7 - н схема для реализации предлагаемого спо- н соба, иРасчетный режим работы регенераторов д (фиг. 1) характеризуется переключением к потоков в регенераторах группы чегез ч равные промежутки времени 11 = 11= д 4 1 и кривыми 1-3 хода температуры И холодных концов с одинаковыми велнчи- т нами роста Т =Т =Т 1 и началом роста р в идентичные моменты 1,1 и В полуперио- н да прямой продувки через каждый реге- м нера тор.нПереключениями производится поочередная смена прямой продувки на обраъ- д ную по всем регенераторам группы. В группе из трех регенераторов в любойч момент периода продувки по двум регенераторам происходит обратный поток, а по ч одному - прямой. Йолупериод обратнойШ продувки в два раза больше, чем прямой. Так для второго регенератора интервал р времени 1, - полупериод прямой про- в дувки, а Р.- обратной. Это обуслов- Т лено степенью влияния прямого и обрат- ного потоков на температурный режим,т которая определяется количеством тепла, н передаваемого данным потоком насадке регенератора за единицу времени. Пере- р ключение в момент 1, которое произд водит смену потоков в первом регенераторе с прямого на обратный, а во второй - с обратного на прямой, .определя- дЮ ет период продувки 1,Фг При возмущающем воздействии и переключении потоков в расчетные моменты (фиг. 2), характер хода температур хо лодных концов меняется (кривые 4-6). Величины Т Т и моменты 1 р Вц начала роста температуры регенераторов группы в одном периоде продувки различы, Т ) Т ) Т, но одного регенератораразличные периоды равны Т =Т,Из хавактера хода температур холодых концов видно, что каждой велнчинсоста температуры соответствует вполнепределснный момент начала роста. Вьнчина и момент начала роста темперауры находятся в пропорциональной заисимости, Поэтсму, при реализации предагаемого способа можно опериромтьременной информацией.Выравнивание величин роста темпеатуры холодных концов регенераторовостигается изменением времени прямойобратной продувки путем сдвига двухереключений внутри периода продувкит расчетных моментов в нужную стороу при постоянном периоде. При этомеобходимо учитывать, что сдвиг одногоереключения одинаково изменяет проолжительность прямой и обратной продуви двух переключаемых регенераторов ито степень влияния прямого потока вва раза больше обратного.Для автоматического выравниванияемпсратур величина роста температурыегенератора, в котором смена прямогоа обратный происходит в расчетный мовнт, принимается заданием для остальых двух. Первое переключение внутриериода производится так, чтобы распреелить имеющиеся рассогласомния междусеми регенераторами, второе переклюение - между двумя.Автоматический сдвиг второго переклк.ения внутри периода происходит следуюим образом.Пусть (фиг. Э) величина роста темпьатуры задающего регенератора меныпееличины роста третьего регенератора,-Т = ЬТРост температуры второго регенераора (штриховая крима 8) в рассмотреии не участвует. Для выравнивания величин роста температур данных регенеаторов второе переключение внутри периоа необходимо произвести в такой моментремени 19, чтобы с учетом степенивлияния потоков и изменений полупериоов продувки сумма воздействий прямоо дТ и обратного Т/Г потоков дляобоих регенераторов была равна дТОтсюда воздействие прямого потокаТ = - ьТ и направлено на уменьшениезвеличины Роста Т.На фиг, 3 видно, что регулирующеепереключение т произвоаится раньше,чем величина роста достигнет информационного значения. Поэтому, для реализации способа удобно использовать временную информацию. В этом случае определяется интервал времени -д 1,рассогласование между моментами начала ростатемпературы третьего 11 и задающего 1 ь 3регенераторов в расчетном полупериодепродувки. Переключение производится сосдвигом в сторону опережения расчетногов момент 11 так, чтобы изменитьполупериоды продувки на величинуЬа у Ь 1В последующем периоде продувки1величины роста температур первого6 зТ, и третьего Трегенераторов равны, и начало роста наступает в идентичные моменты Ф и 1 расчетного полупериода прямой продувки,Когда величина роста температурызадающего регенератора больше величиныроста третьего регенератора, Т 1-Т 1 = 20- АТ (фиг. 4) по аналогии с предыдущим, второе переключение периода дутья производится в момент , но всторону запаздывания от расчетного момента Ф чтобы возцействие прямого Иепотока Ь 1 1/3 ЬФ было направленоиа увеличение величины роста Т,9 .По временной информации переключение также производится в моментизменяя полупериоаы прямой и обратной ЗОпродувки по первому и третьему регенераторам на величину д 1=1/3 ьФЗИмея равные величины и идентичныемоменты начала роста температур первого и третьего регенераторов, первое переключение внутри периода прокводитсятак, чтобы величины роста температуррегенераторов группы в последующемпериоде были равны ее вг итЗ4,т. е. имеющиеся рассогласования неооходимо распреде ить между всеми регенераторами.Пусть при равных Т =Т (ф 5)величина роста температуры задающегорегенератора Т -Т "+ЬТ, Штриховаякривая 19 обозначает ход температурыхолодного конца третьего регенераторапри расчетных моментах переключения.130Для получения в последующем периоде величины роста температуры второгорегенератора равной Т 9- З Т=Т 9+1/3 Ь Т первое переключение внутрипериода, учитывая влияние потоков и из -менение полупериодов дутья, производитсяИв момент 1, сдвинутым в сторону опережения расчетного момента ф . Этопереключение уменьшает величину роота температуры второго регенератора надТ. 9 ДТГПо временной информации полпериоды продувки изменяют на д 1 ь = 9 Ь ,для чего переключение производится вмомент 1.Переключение потоков в момент 1изменит полупериоды продувки и длятретьего регенератора. Характер ходатемпературы представлен кривой 20.Начало роста температуры наступает вмомент 1 . и величина Т =Т 1 +ЬТМежду задающим и третьим регенераторами имеется иссогласование по температуре +ЬТ =дТ и по времени .Р-ЬР, которое нужно распределить между этими регенераторами поровну.Согласно вышеизложенному, это раосогласование отрабатывается вторым переключением внутри периода 1 , котсрое сдвигается в сторону опережениярасчетного момента 1 з на дав = т д,чтобы воздействие прямого потока навеличину роста температуры третьегорегенератора было ЬТ 9=1/3 ДТ .Таким образом, в последующем периог аде дутья 1 и тз 1 вепичины роста температур всех регенераторов группы равныТ =Ть=Т, и начало роста температуры наступает в идентичные моментырасчетною полупериода прямой продувки1 ц 1 ,В случае (фиг, 6), если величина роста температуры задающего регенераторабольше величины роста температуры второго регенератора Т 9 -Т =- ЬТ 9, нравна величине роста третьего, Т =Тпо аналогии с предыдущим первое переключение внутри Периода производится вмомент 19 . Это переключение сдвинутов сторону запаздывания от расчетногомомента 1 на интервал времени Ь 9ф 9 д 9 и воздействие прямого потока навеличину роста температуры второго регенер тора дно = 9, Ь Т 9В по ледущем периоде продувки Фтроста температуры второго регенератораТ 7 =Т + фПри этом переключении изменяютсяполупериоды продувки по третьему регенератору. Между задающим и третьимрегенераторами рассогласования + ЬФ,или Т -Т =-ЬТ которое, согласно34 ФЭ ф 1вышеизложенному, отрабатывается вторым переключением внутри периода 1,сдвинутым в сторону запаздывания отрасчетного момента 1 на величину7 Ж 010 прямого потна на величину роста температуры третьего регенератора Т34 было ЬТ = т ЬТТаким образом, в последующем периоде продувки Величины роста температур у всех генераторов грутды равны, и начало роста наступает в идентичные моМенты расчетного полупериода прямой продувки.Дискретное устройство, реализующеепредлагаемый способ (фнг. 7), выполнено на логических элементах и состоит из датчиков 1-3 температуры, блоков 4-6 контроля начала роста температуры, блоков 7 и 8 управления реверсивными счет-чиками, реверсивных счетчиков 9 и 10, блоков 11 и 12 выбора частот, двоичных счетчиков 13 и 14, блока 15 программного переключения клапанов регене раторов и блока 1 6 частот и временных сигналов.Датчики 1-3 температуры установлены нв холодных концах регенераторов группы. Блоки 4-6 контроля вырабатывают нормированный сигнал начала роста температуры Т , Т и Т . Блоки 7 и выбираются так, чтобы осуществить сдвигпереключения на соответствующую величину от . рассогласования, Елок 15 осуществляет программу работы принудительных клапанов 17-24 для переключенияпотоков В регенераторах 25-27, Блок 16формирует необходимые фиксированныевременные сигналы и частоты. Устройство работает следующим образом.Для автоматического сдвига первого переключения внутри периода, в строго фиксированный момент времени 155,например момент расчетного переключения третьего регенератора, реверсивные счетчики 9 и 10 по управляющему сигналупрямого счете + считают импульсы основной частоты. Когда формируется сигнал Начало роста темлератдь первого регенератора Т прямой счет заканчнзается. По идентичному фиксированному сигналу 15 - моменту расчетного переключения первого регенератора - реверсивный счетчик 9 по управляющему сигналу обратного счета е считывает им8 по фиксированным временным сигналам 15, 15 и 15 у и сигналу начала роста температуры Т 1 управляют направления ми счета реверсивных счетчиков 9 и 10.МРеверсивные счетчики одновременно начинают прямой счет импульсов частоты от определенного момента времени Ф 5 и заканчивают по сигналу начала роста температуры первого регенератора Т36д Обратный счет начинается от фиксированных сигналов 1н 15 и заканчивается/ по сигналам начального состояния Т и Т счетчиков 9 и 10. Фиксированные временные сигналы 1 Б5 1 формиру 40 ются в идентичные моменты времени расчетных полулериодов, прямой продувки первого, второго н третьего регенераторов. Блоки 11 н 12 в зависимости от очеред ности прихода на их входы сигналов Т и Т от вереверсивных счетчиков и сигй 4 налов Т и Т начала роста температуры разрешают. прохождение за счет двоичными счетчиками вместо импульсов частотыимпульсов одной из частот частотой - т 5 . ДвовчНыЕ счЕтчИКИЯ 13 и 14 служат как измерители времен ных интервалов. Выходные сигналы 15 иявляются комавами на переключение потоков в регенераторах, Счет в опре деленном временном интервале импульсов фф другой частоты позволяет сдвинуть момент переключения в сторону опережения или запаздывания от расчетного. Частоты лульсы осноВной частоты 1. Одновреенно через блок 11 на вход двоичного счетчика 13 поступают импульсы основ ной частоты . Интервал времени между моментами начала роста температуры второго регенератора Т и начальным состоянием реверсивного счетчика 9 при обратном счетеи есть искомое рассогла сование. Этот интервал Времени счетчик 1 3 считает импульсы частотыили5 Пусть первым приходит сигнал начала роота температуры второго регенератора Т, . С этого момента на вход двоичного счетчика 13 из блока 11 вместо импульсов частотыначинают поступать импульсы частоты , При постижении счетчиком 9 начальюго состояния на вход счеч- чика 13 по сигналу Т поступают им 36пульсы частоты до его заполнения.Емкость двоичного счетчике 13 для чао готы 1 соответствует расчетному полу- периоду прямой продувки. Смена частотнадозволяет произвести переключение по сигналу 1 5, сдвинутого на 4/9 Величины рассогласования в сторону опере жения расчетного моменте переключения 5 ЧКогда первым приходит сигнал началь ного состояния реверсивного счетчика 9, двоичный счетчик 1 3 вместо импульсов частоты 1 начинает считать импульсы частоты Ф . По сйгналу Т начала рось. та температуры второго регенераторасчетчик 1 3 опять считает импульсы час тотыдо своего залолнения, После запопнения счетчик 1 3 выдает командный сигнал , на переключение, сдвинутое на 4/9 величины рассогласования в сторону запаздывания от расчетного переключенДля автоматического сдвига второго переключения внутри периода работа устройства аналогична, По сигналу Фл оас четного переключения второго регенератора блок б формирует сигнал -, по которому реверсивный счетчик 10 считывает импульсы частоты. Одновременно двоичный счетчик 14 считает импуль; И сы частоты , поступающие на его вход из блока 1 2. В зависимости от того, какой сигнал пришел первым, начало роста температуры третьего регенератора Т или начальное состояние Т реверсивно го счетчика 10, счетчик 14 вместо импульсов частотысчитает импульсы частотыилн. Время счета импульсов частотыилиопределено временным интервалом между приходом сигна лов Т и Тз . Это позволяет произвео-ти переключейие, сдвинутое в сторону опережения нли запаздывания от расчетно го переключения 1 на 1/3 рассогласования. ЮДля получения необходимых сдвигов для первого и второго переключений внуьри периода частоты- должны бытьи, соответст 6венно. ЗЮПредлагаемый способ автоматического выравнивания температур холодных концов трех регенераторов в группе позволяет повысить качество регулирования прн переменных тепловых нагрузках, Это улучшит температурные условия незабиваемости регенераторов и повысит эксплуатадионные показатели воздухоразделнтельной уотановки,Формула изобретенияСпособ автоматического выравнивания температур в группах из трех регенераторов при постоянном периоде продувки путем сдвига двух моментов переключений, второй иэ.которых сдвигают на 1/Э от величины рассогласования температур задающего и сравниваемого регенераторов в сторону опережения или запаздывания в зависимости от знака рассогласования, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с пвлью повышения точности выравнивания температур холодных конпов регенераторов, первое переключение внутри периода сдвигают от расчетного на 4/9 от вышеуказанных величин, причем задающий регене ратор переключают в расчетный момент времени, определяющий начало периода, а два других, сравниваемых попарно с задающим,- с учетом вышеупомянутых ве личин сдвиговИсточники ннформапии 1принятые во внимание прн экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 355971, кл. В 01 Ь 53/00, 1971ПодписноР 1 2162/57 Т ВНИИ ПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва Ж