методичка_06 (1032026), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Разработка и детализация процессной модели требует уточнения и детализацииресурсной, что в свою очередь уточняет и конкретизирует протекающие в системе процессы. На такой поэтапной проработке процессной и ресурсной моделей системы и построена методология проработки структуры системы и разработка технического задания итехнического предложения по структуре системы управления, которую мы проиллюстрируем на примере установки низкотемпературного обезвоживания в вакууме.3.1. Анализ известных технологических систем.
Формированиеисходного перечня подсистем машины.На этом этапе обобщается опыт проектирования машин рассматриваемого типа,проводится анализ известных технологических систем – аналогов создаваемого оборудования. Если до этого момента не существовало классификации аналогичного оборудования, целесообразно, выбрав критерии сравнения аналогичных систем, разработать классификацию оборудования, которое решает задачи близкие к создаваемому вновь оборудованию. Классификация должна охватывать, как оборудование уже использующееся в производстве, так и устройства запатентованные для решения похожих задач.После проведения перечисленных исследований, предварительно убедившись, чтопоставленная цель известными средствами решена быть не может, можно перейти к синтезу функционально-технологической структуры новой машины.Структура технологической машины, должна включать в себя:- функциональную технологическую систему;- кинематическую систему, объединяющую функциональные механизмы и привода, обеспечивающие выполнение технологического процесса;- систему, формирующую и поддерживающую среду, в которой протекает технологический процесс;- систему питания приводов механизмов и устройств различных систем машины;- систему управления машиной;Рябов Владимир Тимофеевич.
Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана12- контрольно-измерительную систему.Функционально-технологическая система поддерживает заданное протеканиефизико-химических явлений, определенная последовательность которых и составляетсобственно требующийся технологический процесс.Кинематическая система машины обеспечивает работу всех ее подвижныхзвеньев в соответствии с требованиями, обеспечиваемого машиной технологическогопроцесса.
Кинематическая система включает в себя привода и исполнительные механизмы. Привода могут быть электрические, гидравлические, пневматические, пьезоэле5ктрические, магнитные, тепловые, пружинные и другие. Механизм по определениюпрофессора Крайнева А.Ф. представляет собой “геометрически изменяемую систему тел,предназначенную для преобразования движения одного или нескольких твердых тел втребуемое движение другого твердого тела и/или силового воздействия одного или нескольких звеньев на другие звенья или объекты” [2]. В технологической машине кинематическая система выполняет задачи функционально-технологической системы.Система поддержания и формирования технологической среды создает и поддерживает требующиеся для нормального протекания технологического процесса поля(тепловые, магнитные, электрические, ультразвуковые, рентгеновские, частотные); различного рода излучения, состав газовой или жидкой среды и так далее.Система питания приводов механизмов и устройств различных систем машины обеспечивает энергоснабжение, как отдельные механизмы, системы, устройства, так ивсю машину в целом.
Энергетическая система машины может включать в себя; электрическую, пневматическую, гидравлическую, газовую, тепловую и другие сети.Система управления машиной тесно связана с системой питания и обеспечиваетподачу энергии потребителям дистанционно в ручную или автоматически в нужное времяи в необходимых количествах.Контрольно-измерительная система включает в себя датчики и измерительныеприборы, которые контролируют параметры технологического процесса, положение отдельных механизмов и систем, задают режим их работы. Сюда же входят блоки первичной обработки сигналов, микропроцессорная и вычислительная техника, которые анализируют данные первичных контрольно-измерительных приборов и выдают управляющиесигналы и команды, обеспечивающие логику протекания технологического процесса.Функционально системы питания и управления, контроля и измерения параметровобъединяются в единое целое, обеспечивающее поддержание характеристик технологического процесса, требующуюся последовательность операций, их продолжительность иуровень воздействия на обрабатываемый объект.
Архетиктурно это единое целое оформляется, как шкаф систем питания и управления машиной и рабочее место оператора. Последнее может не входить в состав машины. Тогда оно формируется, как рабочее местооператора данной машины на площадях участка, цеха, где располагается данная технологическая машина.3.2. Анализ физико-химических явлений обеспечивающихнеобходимый технологический процесс и синтез математическоймодели исходного технологического процесса.В основе процессе низкотемпературного обезвоживания органических веществ ввакууме (процесса НОВ) лежит баланс энерго-массопереноса, обеспечивающий получение сухого продукта требующейся влажности при сохранении всех нативных свойств исходного материала.(qаМв ) ⇔ Мк(1),где: qа – поток тепла, подводимый к исходному материалу,Мв – поток воды, испаренный в процессе обезвоживания исходного материала.Рябов Владимир Тимофеевич.
Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана13Процесс НОВ – это разделение в диапазоне температур от +25 0С до 90 0С и давления от 760 мм. рт. ст. до 10-2мм.рт.ст. исходного материала массой Ми и влажностью Wн натри составляющие: воду массой Мв, конечный сухой продукт массой Мк , влажностью Wrи незначительный экологически безопасный выхлоп. В соответствии с этим функционально-технологическая система установки НОВ может быть представлена в следующемвиде (рис. 2).1 –вакуумный технологический объем; 2 – водяная рубашка вакуумной технологической камеры; 3 – поток исходного материала Ми; влажностью Wи , температурой tи ;4 – поток горячей воды (Мг) с температурой tк и потоком тепла qк, использованный дляподогрева исходного материала; 5 – обрабатываемый материал; 6 – патрубки, по которым горячая вода подводится к лоткам, 7 – поток паров воды (Мв), поступающий в вакуумную откачную систему; 8 – щетки ворошителя; 9 – лотки с обрабатываемым материалом; 10 – поток конечного сухого продукта (Мк) влажностью Wк; 11 – поток горячей воды (Мг), поступающий в лотки и рубашку технологического объема, темпера-турой tн, обеспечивающий поток тепла qн .Поскольку процесс низкотемпературного обезвоживания происходит в вакууме, токонвективный теплообмен отсутствует, рабочий диапазон температур теплообмен за счетизлучения тоже практически исключает, поэтому нагрев исходного материала происходиттолько за счет кондуктивной теплопроводности от лотка к исходному материалу, черезповерхность испарения лотка Аи.k × Аи(2)qА = −(t k − t н ) ,Lгде: Аи – суммарная площадь всех лотков, участвующих в процессе обезвоживания; L - толщина стенки поверхности испарения;tн - начальная температура теплоносителя (в нашем случае начальная температура воды, подогревающей лотки);tкконечная температура теплоносителя (воды, прошедшей через систему обогрева лотков ирубашки технологического объема); k - коэффициент теплопередачи материала поверхности испарения лотка.Рябов Владимир Тимофеевич.
Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана14Чтобы выполнить условия баланса энерго-массопереноса (1) в течение технологического процесса необходимо, чтобы соблюдались следующие равенства:q В = М В [c(t Н − t к ) + λ ](3),qК = q А − qВ(4),q А = qН − qК(5),М И (100 − W Н ) = М К (100 − W К ) (6),МК + МВ = МИ(7).Если в качестве первичного теплоносителя используется горячая вода с температурой tн , то:q А = М Г × c(t Н − t К )(8).3Массопотоки выражаются в Т/час; м /час; кг/час; г/с; тепловые потоки соответственно в кВт; кал/с; ккал/час.Все семь (2-8) приведенных выше уравнений описывают условия, выполняя которые, можно поддержать требующийся баланс энерго-массопереноса. В тоже время этасистема уравнений является основой алгоритма управления установкой НОВ.3.
Уточнение структурного решения системы по результатам анализа первичной математической модели.Поскольку процесс НОВ протекает в вакуумной среде, необходима система, формирующая среду и поддерживающая ее параметры в течение технологического процесса.Система формирования и поддержания технологической среды установки НОВпредставлена на рис.3, рис. 4 и рис.5. Вакуумная система (рис.3) состоит из конденсора33, охлаждаемого проточной холодной водой с температурой не выше 25 0С и одного илинескольких водокольцевых насосов. Количество насосов и их характеристики определяются требующейся скоростью откачки вакуумной камеры. Как следует из рис.2 в составвакуумной системы входит приемная камера 18, которая служит для накопления готовогопродукта.Приемная камера 18 имеет свою вакуумную систему, включающую форвакуумныймеханический насос 17.
Этот насос позволяет получить в приемной камере давление до 1Па. Работа вакуумной системы установки НОВ осуществляется следующим образом. Водасодержащаяся в исходном продукте под действием нагрева испаряется с поверхности лотков ротора 39. Образовавшиеся пары воды из технологической вакуумной камеры 8 черезпатрубок 3 поступают в объем конденсора, который откачивается водокольцевыми вакуумными насосами 20 и 25.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
