Способ автоматического выравнивания температур в группах из трех регенераторов Советский патент 1982 года по МПК F28F27/00 F28D17/00 

(54) СПОСОБ АВТОЛАТИЧЕСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ ТЕМПЕРАТУР В ГРУППАХ ИЗ ТРЕХ РЕГЕНЕРАТОРОВ

1

Изобретение касается управления тепловым режимом теплообменных аппаратов и относится к способам автоматического управлетш тепловым режимом регенераторов установок разделения газовых смесей методом глубокого охлажпения.

Известен способ автоматического выравнивания 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 зависимости от знака рассогласования.

По данному способу выравнивание темгператур трех регенераторов группы осушествляют по температурной информапин из середин высот регенераторов путем автоматического сдвига моментов двух переключений внутри постоянного периода на величину, равную 1/3 алгебраичео кой суммы двух временных интервалов

между расчетным и реальным равенством температур регенераторов, сравниваемых попарноП .

Недостатке известного способа является невысокая точность выравнивания температур холодных концов, так как имеется неоднозначность реакций сечений в середине по высоте и у холодного конца на изменение те1у10вой нагру: ки, вз-за нелинейного характера измене10ния температураы по высоте регенератора, вследствие чего ухудшаются температур ные условия, определяющие незабиваемость регенераторов, меняются их характеристики и растет гидравлическое со15противление. Кроме того, вымораживание примесей воздуха происходит в средней части по высоте регенератора, следовательно, возможно обмерззание аатчтпсов температурал и искажение получаемой ин20формации.

Цель изобретения - повыи1ение точнооти выравнивания температур холодных концов регенераторов. 39 Поставле1Гная цель досгкгается тем, что первое nepemnoneirae внутри периоч сдвигают от расчетного на 4/9 от величины рассогласования температур задаю щего н сравниваемого регенераторов в сторону опережения или запаздывания в Зависимости от знака рассогласования, На фиг. 1 изображена диаграмма изменения температуры холодных концов трех регенераторов оаной группы при расчетном режиме; на фиг. 2 - то же, при возмушагошем возаействии и расчетлном времени дутья, на фиг. 3 и 4 - диа грамма выравнивания веяичи 1 роста тем пературы первого и третьего регенераторов} на фиг. 5 и 6 - диаграмма выравнивания величин роста температуры всех регенераторов группы; на фиг. 7 схема для реализапии предлагаемого спо соба. Расчетный режим рабо1Ъ1 регенератор (фиг. 1) характеризуется переключением потоков в регенераторах группы через равные промежутки времени t и кривыми 1-3 хода температуры холодных концов с одинаковыми велтгчи- Tj и началом роста Tf Т, нами роста в идентичные моменты (,, ts и t полупер да прямой продувки через каждый регенератор. Переключениями производится поочередная смена прямой продувки на обрат ную по всем регенераторам группы. В группе из трех регенераторов в любой момент периода продувки по двум регене раторам происходит обратный поток, а п одному - прямой. Полупериод обратной продувки в два раза больше, чем прямой Так для второго регенератора интервал времени t;,,t - полупериод прямой продувки, а t, tj - обратной. Это обусловлено степенью влияния прямого и обрат ного потоков на температурный режим, которая определяется количеством тепла передаваемого данным потоком насадке регенератора за единицу времени. Переключение в момент i , которое производит смену потоков в первом регенераторе с прямого на обратный , а во второй - с обратного на прямой, .определяет период продувки t t При возмущающем воздействии н пер ключении потоков в расчетные моменты (фиг. 2), характер хода та1шератур xoi лодных концов меняется (кривые 4-6). Величины Т| -Tj и моменты t - t., начала роста температуры регенераторов группы в одном периоде продувки различ )6 ны, Т Т( Tj , но одного регенератора в различные периоды равны Tj Ту. Из хапактера хода температур холодных концов видно, что каждой величине роста температуры соответствует вполне опреаелечшый момент начала роста. Велтгчина и момент начала роста теьшера- турл находятся в пропорциональной зависимости. Поэтому, при реализации пред- лагаемого способа можно опер1фопать временной информацией. Выравнивание величин роста температуры холодных концов регенераторов достигается изменением времени прямой и обратной продувки путем сдвига двух переключений внутри периода продувки от расчетных моментов в нужную сторо ну при постоянном периоде. При этом необходимо учитывать, что сдвиг одного переключения одинаково изменяет продолжительность прямой и обратной продувки двух переключаемьтх регенераторов и что степень влияния прямого потока в два раза больше обратного. Для автоматического выравнивания температур величина роста температуры регенератора, в котором смена прямого на обратный происходит в расчетный момент, принимается заданием пля остальных двух. Первое переключение внутри периода производится так, чтобы распределить имеющиеся рассогласования между всеми регенераторами, второе переклк чение - между двумя. Автоматический сдвиг второго переклк чения внутри периода происходит следующим образом. Пусть (фиг. 3) величина роста температуры задающего регенератора меньше величины роста третьего регенератора, Т «т ДТ . Рост температуры второго регенератора (штриховая кривая 8) в рассмотрении не участвует. Для выравнивания в&личин роста температур данных регенераторов второе переключение внутри периода необходимо произвести в такой мсмент време ги tjg . чтобы с учетом степени влияния потоков и изменений полупериоаов продувки сумма воздействий прямо го дТ и обратного потоков для обоих регенераторов была равна Отсюда воздействие прямого потока л Т- т Д Т и направлено на уменьшение величины роста Тд. На фиг. 3 видно, что регулирующее перек;ноченне t, производится раньше, чем величина роста достигнет информационного значения. Поэтому, для реал 5OOзаики способа удобно использовать времен ную информацию. В этом случае определяется времени - д.рассогласование между моментами начала роста температурам третьего и задающегоt g регенераторов в расчетном полупериоде продувки. Перюклгсчение производится со сдвигом в сторону опережения расчетного в момент i;, так, чтобы изменить полупериоды продувки на величину Atj J AtiВ послесукпдем периоде продувки .. величины роста температур первого Т и третьего , регенераторов равны, и начало роста наступает в идентичиые моменты tj и t, расчетного полупериода прямой продувки. Когда величина роста те1лпера1уры задающего регенератора больше величины роста третьего регенератора, T, uTj (фиг. 4) по аналогии с предыдущим. второе переключение периода дутья производится в момент , но в сторону запаздывания от р асчетного момента t , чтобы воздействие прямого потока utj было направлено на увеличение величины роста Т, . По временной- информации переключение также производится в момент , , измеН513 полупериоды прямой и обратной продувки по первому и третьему регенераторам на величину ut(,l/3 utj . Имея равные величины и идентичные моменты начала роста температур первого и третьего регенераторов, первое переключение внутри периода производится так, чтобы величины роста температур регенераторов группы в последующем . периоде были равны «Р втор, т. ь. имеющиеся рассогласования неооходимо распределить между всеми регенераторамиПусть при равных Т, Tj (фиг. 5) селнчина роста температуры задающего регенератора Tjg -Т, -ATf. Штриховая кривая 19 обозначает ход температурят холодного конца третьего регенератора при расчетных моментах переключения. I Для получения в последующем периоде величины роста темперапгры второго регенератора равной - J 5 . f 1/3 А Ту первое переключение внутри периода, учитывая влияние потоков и изменение полупериодов дутья, производитс в момент t,, , сдвинутым в сторону оп& режения расчетного момента tjj . Это переключение уменьшает величину роо G6 та температуры второго регенератора на дТ JATV По временной информации полупериоаы продувки изменяют на ut I- Atj, для чего переключение производится в момент tjj . Переключение потоков в момент tj, изменит полупериоцы продувки и для третьего регенератора. Характер хода температуры представлен 20. Начало роста температуры наступает в момент t JJ и величина Т, 7 + дТ Между задающим и третьим регенераторами имеется рассогласование по температуре +дТ у лТ; и по времени . -Д , которое нужно распределить между этими регенераторами поровну. Согласно вышеизложенному, это раосогласование отрабатывается вторым переключением внутри периода i.. , которое сдвигается в сторону опережения расчетного момента t„ на tg -1 At, , чтобы воздействие прямого потока на величину роста температуры третьего регенератора было ДТ . Таким образом, в последующем периоде дутья tj, и ij вепичины роста температур всех регенераторов группы равны , и начало роста температуры наступает в идентичные моменты расчетного полупериода прямой продувки t|,3-t(,j. , в случае (фиг. 6), если величина роота температуры задающего регенератора больше величины роста температуры второго регенератора Tj, -Tjg - ЛТд , и равна величине роста третьего, Tj Tjg , по аналогии с предыдущик{ первое переключение внутри периода производится в момент ti,5 . Это переключение сдвинуто в сторону запаздывания от расчетного момента t(,(j на интервал времени воздействие прямого потока на величину роста температуры второго регенератора йТ,о f Л Т, .В последующ&л периоде продувки tV, i,,pooпериоде продувки 1ц t |,jроота температуры второго регенератора i лт. при этом переключении изменяются полупериоды продувки по третьему регенератору. Между задающим и третьим регенераторами рассогласования + &ii или , которое, согласно вышеизложенному, отрабатывается вто. . рым переключением внутри периода tj , сдвинутым в сторону запаздыва 1ия от расчетного момента t|,j на величину U tii л i так, чтобы воздействие прямого потока на величину роста теклпературы третьего регенератора Tj было ЛТ„ у йТ . Таким образом, в последующем перио де продувки величины роста температур всех генераторов группы равны, и начало роста наступает в идентичные расчетного полупериода прямой продувки. Дискретное устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг. 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 счег чиками, реверсивных счетчиков 9 и 10, блоков 11 и 12 выбора частот, даоичных счетчиков 13 и 14, блока 15 программного переключения клапанов регенераторов и блока 16 частот и временных сигналов. Датчики 1-3 температуры установлены нн холодных концах рюгенериторов группы. Блоки 4-6 контроля вырабатывают нормированный сипшл начала роста Блоки 7 и температуры Т 8 по фиксированным временным сигналам tj. , tyj и tj и сигналу начала роста температуры Т управляют направлениями счета реверсивных счетчиков 9 и 1О. Реверсивные счетчики одновременно начинают прямой счет импульсов частоты .от определенного момента времени tjj В заканчивают по сигналу начала роста температуры первого регенератора Т, Обратный счет начинается от фиксированных сигналов tci и tci и заканчивается начального состояния Tj и по сигналам счетчиков 9 и 10. Фиксированные fr, формирувременные сигналы ются в идентичные мсяленты времени рао четных полупериодов, прямой продувки первого, второго и третьего регенераторо Блоки 11 и 12 в зависимости от рчеред сигналов Т, йости прихода на их входы и от вереверсивных счетчиков и сиг Tj, и Tjg начала роста температуры разрешают прохождение за счет двоичными счетчиками MviecTo импульсов частоты импульсов одной из частот частотой Is Двоичные счетчики 13 и 14 служат как измерители временинтервалов. Выходные сигналы i 5 и tyj. являются комавдамя на переключени потоков в регенераторах , Счет в определенном временисал интервале импульсов частоты позволяет сдвинуть момент переключения в сторону опережения или задаздывания от расчетного. Частоты выбираются так, чтобы осуществить сдвигпереключения на соответстБуюи1ую величину от . рассогласования. Блок 15 осуществляет программу работы принудитель ных клапанов 17-24 для переключения потоков в регенераторах 25-27. Блок 16 формирует необходимые фиксированные временные сигналы и частоты. Устройство работает следуюшим образом. Для автоматического сдвига первого переключения внутри периода, в строго фиксированный момент времени tyy,например момент расчетного переключеш1Я третьего регенератора, реверсивные счет чики 9 и 1О по управляющему сигналу прямого счета + считают импульсы ооноЬной частоты f , Когда формируется сигнал Начало роста температуры первого регенератора Т прямой счет заканчтшается. По идентичному (}шксированному сигналу 15J, - моменту расчетного переключе иня первого регенератора - реверсивный счетчик 9 по управляющему сигнвглу обратного счета - считывает импульсы основной частоты J . Одновременно через блок 11 на вход двоичного счетчика 13 поступают ш/лульсы осно&йой частоты 1, . Инте|жал времени между моментами начала роста температуры второго регенератора Tj и начальным состоянием реверсивного счетчика 9 при обратнсял счете и есть искомое рассогла сование. Этот интервал времени счетчик 13 считает икшульсы частоты 1, или , Пусть первым приходит сигнал начала роота температурил второго регенератора Т, . С этого момента на вход двоичного счет чика 13 из блока 11 вместо импульсов частоты начинают поступать импульсы частоты 2 . При достижении счетчиком 9 начального состояния на вход сче-гчика 13 по сигналу Т,/ поступают им- пульсы частоты | До его заполнения. Емкость двоичного счетчика 13 для частоты соответствует расчетному полупериоду прямой продувки. Смена частот I на I позволяет произвести переключение по сигналу t ff. , сдвинутого ва 4/9 Ьеличивы рассогласования в сторону опережения расчетного мсмевта переключения Когда першам приходит сигнал начального состояния реверсивного счетчика 9, двоичный счетчик 13 вместо вмпульсов начинает считать импульсы частоты . По сигналу Tj начала pocvчастоты 4.J второго регенератора та температуры

990

счетчмк 13 опять считает импульсы частоты 1 до своего заполнения. После заполнения счетчик 13 выдает командный сигнал {у, на пер)еключение, сдвинутое на 4/9 величины рассогласования в сторону запаздывания от расчетного переключе-

ПИЯ fj .

Для автоматического сдвига второго переключейин внутри периода работа yci ройства аналогична. По сигналу tf расчетного переключения второго регенератора блок 8 формирует сигнал -, по которому реверсивный счетчик 1О считывает импульсы частоты . Одновременно двоичный счетчик 14 считает ямпул ; сы частоты 1 , поступающие- на его вход из блока 12. В зависимости от того, какой сигнал пришел первым, начало роста температуры третьего регенератора Т. или начальное состояние Т|, реверсивного счетчика 1О, счетчик l4 вместо шл- пульсов частоты считает импульсы частоты |ь или fj . Время счета импульсов частоты |. или g определено временным интервалом между прнхоном сигна- лов Tjg и Tj, . Это позволяет провзвеоти переключение, сдвинутое в сторону опережения или запаздывания от расчетно го переключения 1/3 рассогласования.

Для получения необходимых сдвигов для первого и второго переключений ввут рв периода частоты f,-fJДO Лжны быть

Т 1 . f Ь- -f Ь « t Ь соответс-. венно.

Предлагаемый оюсоб автсялатического выравнивания температур холодных ко 0610

цов трех регенераторов в группе позволяет повысить качество регулирования при переменных тепловых нагрузках. Это улучшит температурные условия незабиваемооти регенераторов и повысит эксплуатацио ные показатели воздухоразделительной установки.

Формула изобретения

Способ автоматического выравнивания температур в группах из трех р)егенер)аторов при постоянном периоде продувки путем сдвига двух моментов переключу йий, второй из.которых сдвигают на 1/3 от величины рассогласования температур задающего и сравниваемого регенераторов в сторону опережения илизапаздывания в зависимости от знака рассогласования, отличающийся тем, что, с повышения точности выравнивания температур холодных концов регеиераторо первое переключение внутри периода сдвигают от расчетного на 4/9 от вышеуказанных величин, причем задающий регенератор переключают в расчетный момент времени, определяющий начало периода, а два других, сравниваемых попарно с задающим,- с учетом вышеупомянутых величин сдвигов.

f

Источники инфо лации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 355971, кл. В 01 D 53/ОО,1971.

- 5.

10 4J

.V.fli

«SI

o

.

X

Sr

.

ft - .

п| и , 1

Jj и Jj л

25

tf

f7