Устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 

г/

/7

CO

с

Использование: управление индукционным нагревом при разгонно-циклических испытаниях роторов. Сущность изобретения: устройство содержит второй блок умножения 18 и третий интегратор 19. Кроме того, оно содержит задатчик 14 темпа снижения выходного сигнала, задатчик 9 максимального уровня выходного сигнала и шесть ключей 7,8,20-23. 2 ил.

|г

г

- - 4

V-J Пи i LJ |-bj О i.

--., - -.

bj О i.

- -.

Oje

ON CO Ю CO

о

Изобретение относится к области управления индукционным нагревом и может быть использовано в стендах разгонно-цик- лических испытаний роторов в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известно устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях по авт. свидетельству № 1288523, кл. G 01 М 13/00, 15/00, выданному А.А.Базарову, А. И, Да нил ушки ну, Л.Я.Макаровскому, Э.Я.Рапопорту, И.А.Скоробогатову, И.Г.Си- пухину, В.Д.Кохановскому. Устройство содержит интегратор с задатчиком его начального напряжения и последовательно соединенные задатчик минимальной температуры, сумматор и задатчик скорости нагрева и охлаждения.

Для повышения точности задания про- граммы управления устройство дополнительно содержит задатчик начального момента снижения температуры, задатчик установки времени цикла, два блока сравнения и управляемый ключ. Выход интеграто- ра соединен с входом ключа и обоих блоков сравнения, второй вход первого блока сравнения соединен с задатчиком начального момента снижения температуры, а его выход - с вторым входом сумматора, второй вход второго элемента сравнения соединен с задатчиком установки времени цикла, его выход - с управляющим входом ключа, а выход ключа соединен с входом интегратора. Существенным недостатком устройства является то, что оно позволяет задавать только программы управления с одинаковыми темпами изменения температуры на участках подъема и снижения температуры. Это объясняется тем, что транзистор, вклю- чаемый в цепь перезаряда емкости интегратора, входящего в состав задатчика скорости нагрева и охлаждения, работает при неизменном по величине токе коллектора, устанавливаемого заданным током эмиттера. Однако при разгонно-циклических испытаниях часто необходимо реализовать программы при существенно отличающихся темпах нарастания и снижения температуры. Кроме того, существен- ный недостаток устройства заключается в ограниченной точности задания скорости нагрева и охлаждения, что объясняется влиянием на заданный темп нагрева начального тока коллектора и токов диодного моста, зависящими от температуры среды.

Известно устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях по авт, свидетельству № 1502974, кл. G 01 М

15/00, выданное А.А.Базарову, А.И.Дани- лушкину, В.Д.Кохановскому, Л.Я.Макаровскому, Э.Я.Рапопорту, И.Г.Сипухину. Это устройство принято авторами за прототип, поскольку оно наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту. Для расширения функциональных возможностей путем управления скоростью нагрева и охлаждения роторов турбоагрегатов, первый блок сравнения выполнен с двумя выходами, а задат- чик скорости нагрева и охлаждения выполнен в виде последовательно соединенных релейного элемента, блока умножения и второго интегратора, последовательно соединенных масштабирующего усилителя и второго сумматора, а также задатчика температурного режима, подключенного к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока умножения, выход первого сумматора подключен к первому входу релейного элемента, второй выход которого подключен к выходу второго интегратора, второй выход первого блока сравнения подключен к входу масштабирующего усилителя. Недостатком устройства является то, что задаваемые темпы подъема и снижения температуры связаны между собой, а это не позволяет задавать программы с высокой точностью при существенно отличающихся темпах нарастания и снижения температуры. Другой существенный недостаток устройства состоит в том, что в устройстве время цикла нагрева связано с максимальной температурой нагрева. Это также не позволяет задавать с высокой точностью программы при существенно отличающихся темпах нарастания и снижения температуры. Для устранения этих существенных недостатков при реализации программ при существенно отличающихся темпах нарастания и снижения температуры целесообразно иметь раздельное управление как по темпам изменения температуры, так и по абсолютным максимальным и минимальным ее значениям.

Целью изобретения является повышение точности задания программы нагрева при существенно отличающихся темпах нарастания и снижения выходного сигнала.

Указанная цель достигается за счет того, что в устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях содержащее включенные последовательно задатчик начального напряжения , первый интегратор с ключом сброса, первый блок сравнения с подключенным к его второму входу задатчика начала снижения выходного сигнала сумматор, релейный элемент, второй вхо;

которого соединен с выходом устройства, первый блок умножения, вторым входом соединенный с задатчиком темпа нарастания выходного сигнала, за датчик времени 4икла и второй блок сравнения, задатчики соот- ветственно максимального и минимального уровней выходного сигнала, второй интегратор, выходы первого интегратора и задат- чика времени цикла подключены к входам второго блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу ключа сброса, выхода которого соединены с входом и выходом первого интегратора, дополнительно введены второй блок умножения, третий интегратор, задатчик темпа сниже- ния выходного сигнала и шесть ключей, управляющие входы которых подключены к выходу первого блока сравнения, второй и третий входы сумматора через первый и второй ключи соответственно соединены с задатчиками максимального и минимального уровней выходного сигнала, входы второго блока умножения соединены с задатчиком темпа снижения выходного сигнала и входом первого блока умножения, выходы первого и второго блоков умножения через третий и четвертый ключи соединены с входами соответственно второго и третьего интеграторов, выходы которых подключены соответственно к неподвижно- му замыкающему и неподвижно размыкающему контактам шестого ключа, а входы установки начальных условий второго и третьего интеграторов подсоединены к неподвижным соответственно размыкающе- му и замыкающему контактам пятого ключа, подвижный контакт каждого соединен с выходом сумматора, а подвижный контакт шестого ключа является выходом устройства.

Перечисленные существенные призна- ки заявленной совокупности представляют решения известные в технике и используемые по прямому назначению с достижением присущего им результата и обнаружением для них свойств. Однако проявлением неразрывности связи перечисленных выше известных признаков с признаками заявленной совокупности является появление у последней нового свойст- ва, отличного от свойств проявляемых известными признаками. Указанное свойство устройства заключается в повышении точности задания программы при существенно отличающихся темпах нарастания и снижения выходного сигнала.

На фиг. 1 представлена блочная схема устройства программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгон- но-циклических испытаниях; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов (фиг. содержит включенные последовательно задатчик 1 начального напряжения, первый интегратор 2 с ключом 3 сброса, первый блок 4 сравнения с подключенным к его второму входу задатчиком 5 начала снижения выходного сигнала, сумматор 6, релейный элемент 11, второй вход которого соединен с выходом устройства, первый блок 12 умножения, вторым входом соединенный с задатчиком 13 темпа нарастания выходного сигнала, задатчик 16 времени цикла и второй блок 17 сравнения, а также задатчики 9 и 10 соответственно максимального и минимального уровней выходного сигнала, второй интегратор 15. Выходы первого интегратора 2 и задатчика 16 времени цикла подсоединены к входам второго блока 17 сравнения, выход которого подключен к управляющему входу ключа сброса 3, выходы которого соединены с входом и выходом первого интегратора 2.

Устройство содержит также второй блок 18 умножения, третий интегратор 19, задатчик темпа 14 снижения выходного сигнала и ключи 7-8, управляющие входы которых подключены к выходу первого блока 4 сравнения. Второй и третий входы сумматора 6 через первый и второй ключи 7-8 соединены соответственно с задатчиками 9-10 максимального и минимального уровней выходного сигнала Входы второго блока 18 умножения соединены с задатчиком 14 темпа снижения выходного сигнала и входом первого блока 12 умножения. Выходы первого 12 и второго 18 блоков умножения через третий 20 и четвертый 21 ключи соединены с входами соответственно второго 15 и третьего 19 интеграторов, выходы которых подключены соответственно к неподвижному замыкающему и неподвижному размыкающему контактам шестого ключа 23, а входы установки начальных условий второго и третьего интеграторов - к неподвижным соответственно размыкающему и замыкающему контактам пятого ключа 22, подвижный контакт которого соединен с выходом сумматора 6. Подвижный контакт шестого ключа 23 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом

Время полного цикла изменения выходного сигнала устройства задается с помощью напряжения задатчика 16. Скорость нарастания напряжения на выходе первого интегратора 2 устанавливается напряжением задатчика 1. Напряжение на выходе первого интегратора 2 нарастает по линейному закону (фиг. 2а). Момент времени t1, при котором начинается снижение выходного сигнала устройства, устанавливается задат- чиком 5. Максимальный и минимальный уровни выходного сигнала устройства регулируются задатчиками соответственно 9 и 10, а темпы нарастания и снижения - задатчиками 13 и 14. Для формирования времени цикла t ц выходное напряжение первого интегратора 2 сравнивается с напряжением задатчика 16 во втором блоке 17 сравнения. В момент равенства этих напряжений на выходе блока 17 появляется импульс напряжения (фиг.2б). Ключ 3 замыкается (фиг. 2в), что приводит к интенсивному снижению напряжения на выходе первого интегратора 2 (фиг.2а). При достижении этим напряжением нулевого значения вновь срабатывает второй блок 17 сравнения (фиг. 26), ключ 3 размыкается (фиг.2в) и цикл повторяется.

При равенстве напряжений первого интегратора 2 и задатчика 5 (момент времени t1 на фиг.2а) на выходе первого блока 4 сравнения устанавливается нулевое значение сигнала (фиг.2г), а в момент t ц - максимальное. На интервале времени t1 - О, когда напряжение на выходе блока 4 сравнения максимально, срабатывает первый ключ 7 и на выходе сумматора 6 устанавливается сигнал задатчика 9 максимального уровня (фиг. 2д). Соответственно на интервале t ц - t1, когда сигнал на выходе блока 4 сравнения равен нулю, с помощью ключа 8 на выходе сумматора 6 устанавливается сигнал задатчика 10 минимального уровня.

С появлением на выходе сумматора 6 максимального уровня сигнала на интервале 1 - 0 на выходе релейного элемента 11 также устанавливается максимальный уровень сигнала (фиг.2е), который, будучи умноженным на сигнал задатчика 13 в первом блоке 12 умножения, поступает через замкнутый в это время третий ключ 20 на вход второго интегратора 15. Напряжение на выходе интегратора 15 начинает нарастать по линейному закону (фиг.2г) и через шестой ключ 23 поступает на второй вход релейного элемента 11. В момент равенства напряжений на входах релейного элемента 11 его выходной сигнал (фиг.2е), а также сигнал на входе второго интегратора 15 становятся равными нулю, а на выходе интегратора сохраняется достигнутый уровень сигнала (фиг.2и).

В момент t1 напряжение на выходе первого блока 4 сравнения становится равным нулю, переключаются ключи 7,8,20,21,22,23 и начинается формирование программы

снижения выходного сигнала устройства (фиг.2к). Напряжение с выхода релейного элемента (фиг.2е) перемножается с напряжением задатчика 14 вторым блоком 18 ум- ножения и через замкнутый четвертый ключ 21 поступает на вход третьего интегратора 19. Напряжение на выходе интегратора 19 начинает снижаться по линейному закону и через ключ 23 поступает на второй вход ре- 0 лейного элемента 11. Когда напряжения на входах релейного элемента 11 станут равными, сигнал на его выходе и на входе третьего интегратора 19 будет равен нулю, а на выходе интегратора 19 будет сохраняться 5 достигнутый уровень сигнала (фиг.2к) до конца цикла. В результате на выходе устройства за цикл будет сформирована программа изменения выходного сигнала, представленная на фиг. 2л. 0 В целом на фиг.2 приведены временные диаграммы изменения состояния блоков и сигналов на их выходах, где

а - сигнал на выходе первого интегратора 2;

5 б - сигнал на выходе второго блока 17 сравнения;

в - состояние ключа 3 сброса (1 - разомкнут, О - замкнут);

г - сигнал на выходе первого блока 4 0 сравнения;

д-сигнал на выходе первого сумматора 6;

е - сигнал на выходе релейного элемента 11;

5 ж - сигнал на выходе первого блока 12 умножения;

з - сигнал на выходе второго блока 18 умножения;

и - сигнал на выходе второго интеграто- 0 ра 15;

к - сигнал на выходе третьего интегратора 19;

л - сигнал на выходе устройства.

Задание программы с существенно от- 5 личающимися темпами нарастания и снижения выходного сигнала осуществляется за счет интеграторов 15 и 19 разными и независимыми значениями постоянных времени интегрирования, чем обеспечивается дости- 0 жение поставленной цели. Длительная точность работы устройства характеризуется тема, что время одного цикла изменяется за смену не более чем на 10 сек при длительности одного цикла t ц 4 мин. Устройство 5 программного управления нагревом роторов турбоагрегатов построено на серийных элементах системы управления с переменной структурой СУПС:

задатчики 1,9,10,13,14,16 - элемент Ф 5182;

интегратор 2,15,19 - элемент Ф 5192; блок сравнения 4,17 - элемент Ф 5174

сумматор 6 - элемент Ф 5173; блок умножения 12,18 - 5195-

ключи 3,7,8,20-23-5218; релейный элемент- Ф 5206. Формула изобретения Устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при раз- гонно-циклических испытаниях, содержащее включенные последовательно задатчик начального напряжения, первый интегратор с ключом сброса, первый блок сравнения с пдключенным к его второму входу задатчиком начала снижения выходного сигнала, сумматор, релейный элемент, второй вход которого соединен с выходом устройства, первый блок умножения, второй вход которого соединен с задатчиком темпа нарастания выходного сигнала, задатчик времени цикла, связанный с вторым блоком сравнения, а также задатчик минимального уровня выходного сигнала, второй интегратор, при этом выход первого интег- ратора подключен к входу второго блока сравнения, выход которого соединен с входом первого интегратора, отличающее US I

UfttS

Г

иы

UfHt 9 { | УЛагЮ

с я тем, что, с целью повышения точности задания программы при разных темпах нарастания и снижения выходного сигнала оно содержит задатчик максимального уровня выходного сигнала, второй блок умножения, третий интегратор, задатчик темпа снижения выходного сигнала и шесть ключей с подвижным контактом и с замыкающими и размыкающими контактами управляющие входы которых соединены с выходом первого блока сравнения, второй и третий входы сумматора через первый и второй ключи соответственно соединены с задатчиком максимального и минимального уровня выходного сигнала, входы второго блока умножения соединены с задатчиком темпа снижения выходного сигнала и выходом релейного элемента, выходы первого и второго блоков умножения через третий и четвертый ключи соединены соответственно с входами второго и третьего интеграторов, вы/оды которых подключены к замыкающему и размыкающему контактам шестого ключа, а входы второго и третьего интеграторов подключены к размыкающему и замыкающему контактам пятого ключа подвижный контакт которого соединен с выходом сумматора.

UlutS