Расчет параметров СУ, обеспечивающих заданный режим

Выбор мощности ТЭНов

Мощность ТЭНов в системе управления расстойным шкафом должна удовлетворять следующим условиям:

• Должен быть обеспечен быстрый выход в установившийся режим работы расстойного шкафа;

• Периодичность циклов включения-выключения ТЭНов не должна быть очень высокой и слишком низкой;

• Допустимая температура нагрева ТЭНов не должна превышаться.

Путем перебора нескольких значений мощности ТЭНов поддержания температуры воздуха в камере расстойного шкафа и последующего расчета переходного процесса с помощью программы (см. Приложение 1) было выяснено, что оптимальной для данного объема камеры расстойного шкафа и заданного допуска на отклонение поддерживаемой температуры является мощность ТЭНов, равная

P_тэн =2500 Вт.

При такой мощности ТЭНов поддержания температуры воздуха процесс выхода в установившееся состояние занимает примерно 20 минут, периодичность циклов включения‑выключения составляет около 1,5 минуты, а перегрев ТЭНов выше максимально допустимой температуры не происходит.

Выбор мощности ТЭНов поддержания влажности воздуха в камере расстойного шкафа произведем из условия, что нагрев испаряемой воды с температуры начала расстойки до температуры кипения должен происходить не более чем за 5¸10 мин с начала процедуры расстойки:

T_{тэн вл} = c_воды ´ m_воды ´ (100 - T₁)/t,

где c_воды - теплоемкость воды:

c_воды = 4200 Дж/(кг´гр);

m_воды - масса воды в блоке увлажнения и подогрева:

m_воды = 6 кг;

T₁ - температура воды в начале расстойки:

T₁ = 20°С.

Тогда:

T_{тэн вл} = 4200 ´ 6 ´ (100 - 20)/ 540 = 3733 Вт.

Выбираем T_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбор допуска на отклонение температуры

При моделировании процессов в расстойном шкафу было выяснено, что необходимо выбирать допуск на отклонение поддерживаемой температуры от заданной, по границам которого система управления включает и выключает ТЭНы, меньше чем данный в задании. Это связано с тем, что при поддержании температуры в камере расстойного шкафа присутствуют большие запаздывания, вызванные характером моделируемого объекта. По результатам моделирования с различными допусками на отклонение температуры стало ясно, что оптимальным для данного случая является допуск на отклонение поддерживаемой температуры в 2 раза более строгий, чем данный в задании. Такой допуск обеспечивает невыход температуры за допустимые пределы и, в то же время, не делает слишком коротким цикл включения-выключения ТЭНов, что положительно сказывается на их ресурсе и ресурсе включающих их реле.

Расчет циркуляционного вентилятора

Подбор циркуляционного вентилятора осуществляется по его объемной производительности (V_цир) и напору (Н_цир).

Объемная производительность расчитывается по формуле:

V_цир = u_возд ´ f_шк / 2 ,

где u_возд - скорость движения воздуха в камере расстойного шкафа:

u_возд =0,4 м/c

f_шк - площадь живого сечения камеры расстойного шкафа:

f_шк = 1,26 м²,

тогда

V_цир = 0,4 ´ 1,26 / 2 = 0,252 м³/c.

Напор определяется путем аэродинамического расчета газового тракта циркулирующей среды по формуле:

Н_цир = 1,2 ´ å DP,

где DP - основные местные сопротивления:

DP = x ´ u_возд² ´ r_возд,

где x - коэффициент местного сопротивления;

r - плотность циркулирующего воздуха.

Расчет местных сопротивлений приведен в таблице 6.1

Таблица 6.1

Расчет местных сопротивлений

Откуда:

Н_цир = 1,2 ´ 4446 = 5335 Па.

Этот напор при объемной производительности

V_цир = 0,252 м³/c

может обеспечить центробежный вентилятор с приводным мотором мощностью:

N_эл = V_цир ´ Н_цир / h_цир ,

где h_цир - КПД приводного двигателя циркуляционного вентилятора: h_цир = 0,75.

Тогда: N_эл = 0,252 ´ 5335 / 0,75 @ 1800 Вт.