Автоматика и автоматизация производственных процессов

 

1.4 Характеристика роликовой сушилки СУР-4.

Роликовая сушилка СУР-4, показанная на рис.3, состоит из загрузочной этажерки с приводными роликами, восьми секций сушки, одной секции охлаждения и разгрузочной этажерки. В сушилке СУР-4 расстояние между осями роликов постоянно и равно 162 мм. Отличительной особенностью роликовой сушилки СУР-4 является вентиляторная установка и конструкция калориферов. Вентиляторная установка состоит из четырех правых 6- лопастных осевых вентиляторов, четырёх левых осевых вентиляторов и двух правых 3- лопастных осевых вентиляторов, расположенных в левом боковом коридоре сушилки. Вентиляторы насажены на четыре вала, рассоложенных вдоль коридора сушилки. Каждая пара валов установлена параллельно по высоте сушилки. На валах с сырого конца сушилки насажено шесть вентиляторов, а на валах с сухого конца четыре вентилятора - один правый 6- лопастный и один левый 3- лопастный. Восемь 6- лопастных вентиляторов обслуживают секции сушки и два 3- лопастных камеру охлаждения. Валы с вентиляторами приводятся в движение двумя электродвигателями, расположенными с торцов бокового коридора сушилки. Подшипники валов вентиляторов, расположенные внутри сушилки, имеют водяное охлаждение. Парные вентиляторы расположены между секциями I и II, III и VI, VII и VIII и в конце секции охлаждения IX. Установка спаренных по высоте вентиляторов обеспечивает равномерное распределение воздуха по высоте сушилки и сохраняет минимальный габарит по ширине. Вентиляторы всасывают воздух из секций II, III, VI, VII и нагнетают его в смежные секции I, IV, V, VIII. Таким образом осуществляется поперечная циркуляция воздуха.

Для уменьшения сопротивления потока воздуха на поворотах в коридорах  находятся экраны – направляющие. Внутри сушилки между смежными секциями, в которых поток воздуха взаимно  противоположен, установлены перегородки. Они расположены так, что не препятствуют проходу шпона по этажам между роликами. Циркуляция воздуха в камере охлаждентя осуществляется двумя последними вентиляторами. Осевые вентиляторы камеры охлаждения засасывают воздух из атмосферы по трубе и выбрасывают через воздухопровод. Свежий воздух в секции сушки подается через неплотности торцов сушилки и трубу. Отработавший воздух секций сушки частично удаляется в атмосферу по трубам, а основная его масса рециркулирует.

Преимущества описанной системы циркуляции воздуха в сушилке СУР-4 то, что вся масса воздуха циркулирует внутри сушилки, в отличие от сушилок с продольной циркуляцией, в которой весь поток воздуха совершает рабочий ход по сушилке и холостой – по верхнему воздуховоду.

Шпон в сушилке движется, как и во всех сушилках, при помощи вращающихся парных роликов, расположенных в пяти этажах сушилки. Стремление к экономии металла и облегчению конструкции привело к изменению конструкции роликовой системы: чугунные опорные балки для группы роликов были заменены швеллерами с индивидуальными чугунными подвесками. Подвеска служит корпусом для двухрядных шарикоподшипников, в которых вращается нижний ролик. Верхняя часть подвески выполнена в форме вилки, в которой размещается цапфа верхнего ролика. Приводится нижний ролик втулочно–роликовой цепью через звездочку, верхний – от нижнего парой шестерен. В последнее время привод верхних роликов от шестерен осуществляется только в I секции. В остальных секциях верхние ролики вращаются силой трения от нижних приводных. Для предупреждения прогиба швеллера от нагруженных на него 10 пар роликов середина его прикреплена к вертикальному угольнику, конец которого через ролик опирается на фундамент сушилки. Работа роликовых сушилок на сепараторных шарикоподшипниках малонадежны в эксплуатации. Отмечается частое заклинивание этих подшипников, что приводит к разрыву цепей. Предлагается замена на бессепараторные шарикоподшипники. Крепятся такие подшипники в штампованных подвесках, которые заменяют металлические чугунные. Преимущества бессепараторных шарикоподшипников – их надежная работа без смазки при повышенных температурах.

Привод роликовой сушилки СУР- 4 состоит из приводной лебедки  и вариатора скоростей. Цепи натягиваются натяжной станцией.

В сушилке СУР- 4 воздух нагревается ребристыми калориферами, выполненными в виде сварных батарей. Калориферы устанавливаются в каждой секции I – VIII по шесть рядов в высоту. Всего в сушилке 48 калориферов. Ребра калориферов направлены по потоку воздуха. В каждой секции установлены по бокам паровые и конденсационные колонки, к которым присоединены все шесть калориферов данной секции. Калориферы и колонки расположены так, что каждый калориферов можно отключить и вынуть из сушилки, не отключая остальных калориферов. Близкое расположение калориферов от роликов и шпона способствует интенсивному нагреву роликов и передаче тепла шпону радиацией.

В сушилке СУР- 4 применены осевые вентиляторы, представляющие собой  колёса с шестью лопастями в секциях  сушки и тремя в секции охлаждения. Угол поворота лопаток 18^О. подшипники вентиляторов имеют водяное охлаждение.

Преимущества роликовой  сушилки СУР- 4 перед сушилками  с продольной циркуляцией воздуха:

1.увеличенный съём сухого шпона  с погонного метра длины сушилки;

2.меньший расход пара на 1 м  ³ высушенного шпона.

Недостатки сушилки  СУР- 4 :

1.калориферы этих сушилок громоздки,  чистить их очень трудно; калориферы  часто протекают в местах сварки;

2.затруднены условия устранения  заломов шпона; производительность  сушилки уступает производительности  более современных сушилок.

 

Наименование показателей

СУР-4

Число этажей           секций В том числе:           сушки               охлаждения Длина секций сушки, м                 охлаждения, м Рабочая длина камер, м   сушки   охлаждения Общая длина, м Габаритная длина, м То же, с вагонетками сырого и  сухого шпона Рабочая ширина (длина роликов), м  Габаритная ширина, м:      по каркасу без  воздухопроводов      по боковым воздухопроводам      по загрузочным механизмам Рабочая высота от пола, м:      до 1 этажа      до 2 этажа      до 3 этажа              до 4 этажа      до 5 этажа      до потолка      до перекрытия верхнего Габаритная высота, м:      по верхним вентиляторам      по продольному воздуховоду Диаметр роликов, мм Расстояние между осями роликов  по длине сушилки, мм Тип калориферов:      внутренних       внешних Поверхность нагрева калориферов, м2:      внутренних      внешних      общая Циркуляционные вентиляторы: Место установки Тип вентиляторов Число вентиляторов Номер вентиляторов Производительность вентиляторов, м3/ч Число оборотов вентиляторов в минуту Общий напор вентилятора, мм вод. ст. Вентиляторы камеры охлаждения: Место установки Тип вентиляторов Число вентиляторов Номер вентиляторов Производительность вентиляторов, м3/ч Напор вентилятора, мм вод. ст. Электродвигатели для вентиляторов:      число      мощность, кВт Мощность привода роликов, кВт Общая мощность всех электродвигателей, кВт   Температура воздуха в концах сушилок, ОС        сыром        сухом Давление пара, МПа Влагосодержание воздуха, г/кг Часовая производительность, м3 Количество рабочих, обслуживающих  сушилку Расход пара на 1 м3 шпона, кг Расход электроэнергии на 1 м3 высушенного шпона, кВт.ч Масса сушильного агрегата, кг

5 9   8 1 1,62 1,62   12,96 1,62 14,58 19,86 24,86 3,7   5,6 5,6 4,2   0,43 0,81 1,19 1,57 1,95 2,48 -   - 3,5 102 162   Ребристый Нет   2600 - 2600   Внутри сушилки   8 9 68000 1300 36   Внутри сушилки   2 9 17000 15   2 28+14 7,5 49,5     120 135 0,6-0,7 200-250 1,6-1,8 3 1100 25 75800

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Управление процессом  сушки в роликовой сушилке СУР-4.

Агентом сушки является воздух или  пар, совершающий многократную циркуляцию по сушилке. Шпон транспортируется по сушилке, отдаёт свою влагу и выходит  из неё с заданной влажностью. Регулируемая величина – влажность материала на выходе из сушилки W_К, возмущающее воздействие – колебание влажности материала на входе в сушилку W_Н, толщина материала ∆b, его порода – П, регулирующее возмущение – изменение скорости прохождения материала через сушилку v, температура агента сушки θ_С. Условия циркуляции при этом поддерживаются постоянными.

В повседневной практике эксплуатации сушилок пользуются таблицами средних  значений продолжительности сушки, составленными на основании расчетов и проверенными опытным путём. При  толщине шпона 1,5 мм и средней температуре сушильного агента 120^ОС продолжительность сушки составляет 14,0 мин.

Статическая характеристика W_К = f (W_H;t) при уточненных k_П.С. и  k_О.С. определяется уравнением

Учитывая, что t=L/V статические характеристики сушилки W_K=f(W_H) и W_K=f(v) имеют прямолинейный вид, где L – длина сушилки, v – скорость прохождения шпона.

Рассмотрим динамические характеристики конвейерной сушилки, т. е. зависимость  W_K=f(t) при W_K=var, а также при v=var. Другие условия остаются неизменными. Если скачком изменить начальную влажность шпона на величину ∆W_H , влажность шпона на выходе W_К через время t_o=L/v_o пропорционально измениться на величину ∆W_K/

Поэтому по каналу «входная влажность - выходная влажность» сушилку можно  представить в виде последовательного соединения усилительного звена и запаздывающего звена.

t_o=L/v_o;                              k_B=∆W_k/W_H

W_B(P)=∆W_K(P)/∆W_H(P)=k_B*e^-pt_o,

где L-длина сушилки; v_O – начальная скорость.

При возмущении по управляющему воздействию, т.е. при ступенчатом изменении скорости от v_O до v_K, продолжительность пребывания материала в сушилке в различных точках по длине сушилке в различных точках по длине сушилки будет различной

t= (L-l)/v_K+l/v_O

где l- расстояние от начала сушилки.

На выходе из сушилки l= 0 и время пребывания шпона для данной точки равно t= L/v_O=t_O.

Изменение продолжительности пребывания шпона в сушилке, выходящего из неё  после изменения скорости, определится  уравнением

t=t_O=((v_O-v_K)/v_O)_*T;              (0<T<t_K)

В диапазоне реальных изменений t нелинейную зависимость W_K=f(t) можно удовлетворительно аппроксимировать прямой линией, и она примет вид:

W_K=W_KO+α((v_O-v_K)/v_O)_*T;           (0<T<t_K);      α=const.

В данном случае сушилку можно представить  в виде интегрирующего и запаздывающего звеньев. Передаточная функция по управляющему воздействию записывается:

W_об(Р)=(∆W_K(P)/(∆v(P))=(k(1-e^-Pt))/p.

Математические модели позволяют  формировать управляющие воздействия  по каналам: а) начальная влажность  – конечная влажность; б) изменение  скорости перемещения шпона – конечная влажность.

Исследования показывают, что наиболее перспективно направление регулирования  процесса сушки шпона с помощью  цифрового моделирования, позволяющего прогнозировать режимы сушки по начальной  влажности листов, поступающих в сушилку, и формировать управления. Теория вероятностей позволяет вычислить выходные вероятностные характеристики по характеристикам входа, если они связаны линейной зависимостью. Используя допущение о среднем значении W_H, вычисляют математическое ожидание, среднеквадратическое отклонение выхода системы WK по соответствующим характеристикам W_H.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Обоснование  требований к системам автоматизации.

 

                                                                                                                              Таблица2.1

 

Перечень информационных и управляющих  функций.

Наименование параметра, среда  и место отбора	Диапазон рабочих значений параметра	Функциональные признаки средств контроля и управления	Примечание
Температура агента сушки (воздух, сушильная камера)	120-135 ОС	Регулирование, регистрация, показание, сигнализация	Регулирующее воздействие
Агент сушки		Включение, отключение, сигнализация
Влагосодержание агента сушки (сушильная  камера)	150-250 г/кг	Показание
Начальная влажность шпона (загрузочная  этажерка)	70-90 %	Регистрация	Возмущающее воздействие
Конечная влажность шпона (разгрузочная этажерка)	8±2 %	Регистрация	Регулируемая величина
Скорость прохождения шпона	1-1,4 м/мин	Регулирование, регистрация, показание, сигнализация	Регулирующее воздействие
Давление пара	0,7-0,8 МПа	Показание
Температура пара	150 ОС	Показание
Расход пара	110 кг/м3	Показание, регистрация

 

 

 

 

                                                                                                                            Таблица2.2

 

Перечень входных аналоговых сигналов.

№ п/п	Наименование сигнала	Един. изм.	Диапазон возможных значений	Требуемая точность	Использова-ние информации
1	Температура агента сушки	ОС	120-135	1,0	Управление
2	Положение исполнительного механизма	%	0-180	2,0	Показание
3	Влагосодержание агента сушки	г/кг	150-250		Показание
4	Влажность шпона на входе	%	70-90		Показание
5	Влажность шпона на выходе	%	6-10		Управление
6	Давление пара	МПа	0,7-0,8		Показание
7	Температура пара	ОС	150	1,0	Показание
8	Расход пара	Кг/м3	110		Показание
9	Температура шпона на выходе	ОС	40-50		Показание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                           Таблица 2.3

Перечень входных дискретных сигналов.

№ п/п	Наименование сигнала	Способ ввода	Тип сигнала	Использование информации
1	Управление вентиляторами	Ручной	Да – нет	Управление
2	Управление при-водом сушилки	Ручной	Да – нет	Управление
3	Управление подъёмным сто-лом  со стороны загрузки	Ручной	Да- нет	Управление
4	Управление подъёмный сто-лом  со стороны выгрузки	Ручной	Да – нет	Управление