Устройство для регулирования соотношения расходов двух смешиваемых потоков Советский патент 1983 года по МПК G05D11/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению, может быть использовано в химической промышленности, экспериментальной аэродинамике и предназначено для формирования рабочих смесей с различным процентным соотношением вещества, исходными компонентами которых являются газ и жидкость. Известна регулируюгдая система, обеспечивающая постоянное соотношение рас-, ходов в газовых магистралях. Система поддерживает соотношение расходов в двух магистралях. В первой магистрали расположены два редукционных клапана: один выше по потоку от дросселя, а другой - ниже. В каждом канале имеется устройство, реагирующее на перепад давления газа. Изменение давления выше или ниже дросселя во второй магистрали вызывает перемещение первого дросселирующего элемента клапана в первой магистрали и корректировку давления на соответствующей стороне дросселя первой магистрали. Эта корректировка направлена в сторону поддержания постоянного отношения расхода в двух газовых магистралях. Изменение давления выше по потоку в первой магистрали приводит к перемещению второго дросселирующего элемента клапана Ij. Недостатком системы является ограниченный диапазон регулируемых параметров. Известно также электротехническое устройство для одновременного регулирования нескольких взаимосвязанных параметров, содержащее отдельные мостовые схемы по каждому параметру. В одном плече каждой мостовой схемы расположен задатчик регулируемой величины, в другом - датчик регулируемой величины. Выходные сигналы мостовых схем, возника1Ьщие при рассогласовании, используются для привода исполнительного механизма, который расположен на выходе матЬичной схемы, имеющей специальную программу работы 2. Недостатком устройства является наличие общего исполнительного механизма, подключаемого поочередно (по программе) к тому или иному параметру через матричную схему. Это приводит к увеличению длительности переходных процессов и ухудшает динамические характеристики устройства при наличии инерционных объектов регулирования., Кроме того, известен многоканальныйрегулятор, содержащий датчики регулируемых параметров и датчики корректирующих параметров в каждом канале, суммирующий блок, общий для всех каналов, блок задания регулируемых па| аметров, исполнительные устройства и блок управления 3. Недостатком регулятора является невозможность его использования для кратковременных технологических процессов, так как возможны значительные времена переходных процессов при наличии больших 1 58 возмущений при взаимовлиянии регулируемых параметров. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для связного регулирования по двум переменным, содержащее регулятор и два исполнительных NjexaHHSMa с датчиками положения регулирующих органов, в котором с целью повыи ения эффективности регулирования при больщих возмущающих воздействиях установлены два пусковых реле, подключенных к выходам соответствующих датчиков положения. Кроме того, введены реле блокировки и управления, обеспечивающие заданную последовательность переключений схемы управления, причем исполнительные механизмы обоих исполнительных органов подключены к регулятору через контакты реле управления |4. Недостатком известного устройства является отсутствие учета инерционности объекгов 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 и газообразном. Целью изобретения является повышение точности устройства при регулировании соотношения расходов двух смешивающихся потоков, исходными продуктами которых я зля юте я, ж ид кость 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, и с входом второго форсирующего звена, включенного между выходом второго элемента сравнения и входом регулятора расхода жидкости, причем входы первого блока деления связаны соответственно с выходом датчика температуры смеси и с выходом сумматора, входы Kotoporo 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, выходом датчика давления смеси 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 (Wt и Wj) представляют апериодические звенья вида гдеК1иК1-коэффициенты передачи объекта регулирования по каждому каналу смешения; Тоб - постоянная времени объекта, характеризующая инерционность процесса смешения жидкости и газа, которая может быть выражена по каждому из каналов смещения единой нормированной величиной г gy „, ,tFc 0.25P6-OiSPK J4Pi gy G, гдеУи-объем проточиой камеры; R газовая постоянная; VM -температура смеси в камере; FC - проходная площадь сопла на выходе проточной камеры; Fj -текущее значение площадей открытия регулирующего вентиля жидкое ти; РК - давление смеси в проточной камере; Pg - давление газа в баллонной; JU - постоянная безразмерная величина, характеризующая конструктивные особенности регулирующего вентиля по каналу жидкости; f -удельный вес жидкости; g -ускорение свободного падения; G - расход жидкости. Знаменатель выражения для Тоб является алгебраической суммой частных производных от расходов каждого из двух входящих в камеру и выходящего потоков по давлению в камере (). Все числовые коэффициенты в выражении для То« размерны. На 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 выходе 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 6 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 II 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 форсирующее звено 15 подключен к выходу элемента 16 сравнения, один из входов которого подключен к задатчику 17 расхода жидкости, а другой вход - к датчику 6 расхода. Цепи управления форсирующими звеньями 10 и 15 подключеиы 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 Рц), второй вход которого подключен к датчику 19 давления газа, а третий вход - к датчику 13 давления смеси. Выход блока 21 разности связей 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 величиныВыходы блока 24 подключены к датчику 6 расхода жидкости и к квадратору 25 площади открытия вентиля 7, связанному с выходом датчика 26 положения этого вентиля. Выход сумматора 22 совместно с выходом датчика 27 температуры смеси в камере подключены на входы блока 18 вычисления нормированной постоянной времени, выход которого связан с управляющими входами форсирующих звеньев 10 и 15. Устройство работает следующим образом. Первой запускается наиболее инерционная система регулирования расхода жидкое ти, содержащая подогреватель 5. С помощью.задатчика 18 расхода жидкости и датчика 6 расхода элемент 16 сравнения на своем выходе формирует сигнал управления, который через форсирующее звено 15 поступает на вход регулятора 14 расхода жидкости, обеспечивая перемещение регулирующего вентиля 7 на величину, пропорциональную расходу Ga и производной dGWdt. Жидкость (например углекислота или азот) поступает из баллонной 8 через омический подогреватель 5 в проточную камеру 1. Датчик 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 П сравнения через форсирующее звено 10 выдает сигнал рассогласовання в регулятор 9, управляющий регули-. рующим вентилем 3. Закон изменения этого сигнала содержит составляющие давления смеси в проточной камере P и ее производную . Газ из баллонной 4 высокого давления через регулирующий вентиль 3 поступает в проточную камеру I 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 19 давления газа в баллонной выдает сигнал в квадратор 20 величины Ре и блок 21 разности, на другой вход которого поступает сигнал РК с датчика 13 давления. На выходе блока разности формируется сигнал, пропорциональный -.М1 |гй5ш 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 ft и далее, проходя через блок 24 деления, поступает на другой вход сумматора 22 в виде сигнала, характеризуемого зависимостьюt -F gyНа TpefHfi вход сумматора 22 подается сигнал с датчика 23 величины проходного сечения сопла 2 и датчика 27 температуры «меси в камере. Напряжение с выхода сумматора совместно с сигналом с датчика 27 температуры поступает на входы блока 18 нормированной постоянной времени, который непрерывно выдает напряжение, пропорциональное постоянной времени объекта регулирования Т .Ув1 с а25ра-о,5Рп %ЦК У Это напряжение подается затем в цепи управления форсирующими звеньями 10 и 15 и управляет постоянными времени последних таким образом, чтобы в любой момент времени поддерживалось равенство Тоб, где Тф и Тф - постоянные времени форсирующих звеньев 10 и 15, соответственно. Конструктивно управляемое форсирующее звено может быть выполнено, например. по схеме операционного усилителя, охвачен„ого емкостной обратной связью в виде гирлянды конденсаторов, переключаемых с помощью диодной линейки, управляемой напряжением, снимаемым с блока нормиро: ванной постоянной времени, Включение управляемых форсирующих звеньев в контур регулирования улучщает динамику устройства. Предлагаемое устройство даже при значительном изменении постоянной времени объекта регулирования по каждому из каналов обеспечивает устойчивое регулирование в широком диапазоне изменяемых параметров с постоянной фазочастотной характеристикой. Использование новых связей для управления форсирующих элементов, а также элементов: квадратора Р| давления газа в баллонной, квадратора Ej площади открытия регулирующего вентиля по каналу жидкости, блока разности величины (0,25Рб,- 0,5 Р„), блока деления величины -- сумматора новых не использовавщихся ранее величин, вычислительного блока нормирова«ной постоянной времени Тоб - существенно отличает предложенное устройство от известных. Моделирование работы устройства на аналогичной вычислительной мащине показало следующую ее эффективность при изменении постоянной времени с 10-180 с, длительность переходных процессов сокращена на 35-48% при сохранении устойчивости системы; точность увеличена до 1,2/о, и расход энергозатрат (электрической энергии и сжатого газа) сокращен иа 9-14%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ РАСХОДОВ ДВУХ СМЕШИВАЕМЫХ ПОТОКОВ, содержащее проточную камеру с датчиками величины проходного сечеиия ее сопла, тем-пературы 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 камерт, регулятор давления смеси, выход которото соединен с первым регулирующим вентилем, установленным на выходе балловой газа с датчиком давления гааа, второй элемент сравнения, один вход которого подключен к задатчику расхода жидкости, а другой - к датчику расхода жидкости, установлен-, ному между омическим подогревателем и , вторым регулирующим вентилем, размещенным на выходе баллонной жидкости и подклк)ченным к выходу регулятора расхода жtlлкoc, отличающееся тем, что, с целью повышения 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 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 дат:л .чика 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, с выходом датчика давления смесн и с выходом первого квадратора, вход которого подключен к выходу датчика О) давления газа, а выход датчика положения 1C еторого регулируемого вентнля через второй О) квадратор связан с одннм входом второго ел блока деления, фугой вход которого подключен к выходу датчика расхода жидкости. оо