Идентификация рабочих органов вращающейся печи 2,5х40

Чертеж.dwg

Кинематическая схема
Обобщенный алгоритм функционирования
выключение установки
Структура математической модели объекта управления
Функциональная схема
Математическое описание объекта управления
Изображение по Лапласу
КР 270800.62.15.05.01
Идентификация рабочих органов вращающейся печи 2

poyasnilka.docx

Обжиг глиняных гранул по оптимальному режиму является основной технологической операцией в производстве керамзита. Для вспучивания глиняной гранулы нужно чтобы активное газовыделение совпало по времени с переходом глины в пиропластическое состояние. Между тем в обычных условиях газообразование при обжиге глин происходит в основном при более низких температурах чем их пиропластическое размягчение. Например температура диссоциации карбоната магния — до 600°С карбоната кальция — до 950 °С дегидратация глинистых минералов происходит в основном при температуре до 800°С а выгорание органических примесей еще ранее реакции восстановления оксидов железа развиваются при температуре порядка 900°С тогда как в пиропластическое состояние глины переходят при температурах как правило выше 1100°С.
В связи с этим при обжиге сырцовых гранул в производстве керамзита необходим быстрый подъем температуры так как при медленном обжиге значительная часть газов выходит из глины до ее размягчения и в результате получаются сравнительно плотные маловспученные гранулы. Но чтобы быстро нагреть гранулу до температуры вспучивания ее сначала нужно подготовить т. е. высушить и подогреть. В данном случае интенсифицировать процесс нельзя так как при слишком быстром нагреве в результате усадочных и температурных деформаций а также быстрого парообразования гранулы могут потрескаться или разрушиться (взорваться).
Оптимальным считается ступенчатый режим термообработки по С. П. Онацкому: с постепенным нагревом сырцовых гранул до 200 600°С (в зависимости от особенностей сырья) и последующим быстрым нагревом до температуры вспучивания (примерно 1200°С).
Обжиг осуществляется во вращающихся печах которые в зависимости от конструкции подразделяются на однобарабанные в том числе с запечными теплообменниками и двухбарабанные.
Наибольшее распространение получили однобарабанные вращающиеся печи диаметром 25 м и длиной 40 м представляющие собой цилиндрический металлический барабан футерованный внутри огнеупорным кирпичом. Печи устанавливаются с уклоном примерно 3% и медленно вращаются вокруг своей оси. Благодаря этому сырцовые гранулы подаваемые в верхний конец печи при ее вращении постепенно передвигаются к другому концу барабана где установлена газовая горелка или форсунка для сжигания газообразного или жидкого топлива. Таким образом вращающаяся печь работает по принципу противотока: сырцовые гранулы перемещаются навстречу потоку горячих газов подогреваются и наконец попав в зону непосредственного воздействия огненного факела форсунки вспучиваются. Среднее время пребывания гранул в печи — около 1 ч.
Чтобы обеспечить оптимальный режим термообработки зону вспучивания печи непосредственно примыкающую к форсунке иногда отделяют от остальной части (зоны подготовки) кольцевым порогом. Аналогичный эффект достигается когда барабан вращающейся печи имеет уширение в зоне вспучивания или уширения с обоих концов и суженную среднюю часть — «талию».
Описание конструкции вращающейся печи.
Вращающаяся печь 25 х40 (рисунок 1) применяется на заводах производительностью 100 и 200 тыс. м3 керамзита в год причем на последних устанавливается две таких печи.
Корпус 7 печи сварен из листового металла толщиной 18 и 30 мм. Каркас печи состоит из секций сваренных между собой встык. Секции корпуса расположенные около опор на длине 2000 мм имеют стальные листы толщиной 30 мм с учетом того что максимальное напряжение корпус испытывает в этих сечениях.
Бандажи 4 крепятся в усиленной части корпуса специальными башмаками привариваемыми к обечайке. Между башмаками бандажи лежат свободно с компенсационным зазором. Положение опорной поверхности бандажа по отношению к корпусу печи регулируется башмаками.Внутренняя часть печи футерована. Футеровка положена ровно по всей длине внутренней поверхности корпуса за исключением входной его части. На входе футеровка имеет бурт который уменьшает входное отверстие корпуса и предупреждает просыпание материала и пылеосадительную камеру во время его загрузки в печь.
При работе печи бурт а также часть футеровки на разгрузочном конце печи подвергаются наибольшему изнашиванию. Чтобы предохранить эту часть футеровки от разрушения на входном конце печи приварена торцовая шайба. Эта шайба используется также для устройства уплотнения между торцом печи и торцом пылеосадительной камеры. Уплотнение создается лабиринтом образующимся между двумя концентрически расположенными обечайками приваренными к пылеосадительной камере. Выходной конец печи заканчивается торцовой конической шайбой. Внутренний диаметр шайбы соответствует выходному диаметру печи. Благодаря этому материал движущийся по футеровке выходя из печи истирает металлическую шайбу срок службы которой значительно выше чем футеровки.
На концах корпуса печи установлены уплотнения предохраняющие окружающую атмосферу от загрязнения газами и улучшающие тепловой процесс внутри печи. Уплотнение между печью и пылеосадительной камерой состоит из двух частей. Одна из них по устройству аналогична описанной конструкции торцовой шайбы другая представляет собой резиновую прокладку прижатую к корпусу печи по всей окружности. Уплотнение 3 между корпусом и откатной головкой состоит из четырех концентрически расположенных цилиндрических обечаек. Две обечайки приварены к корпусу печи две другие к корпусу откатной головки. Обечайки отличаются одна от другой диаметром что позволяет как бы вдвинуть одну в другую. Вдвинутые обечайки образуют лабиринт препятствующий прохождению газов.
Печь опирается на две опоры состоящие из двух опорных роликов 11. Кроме опорных роликов на одной из опор установлены два упорных ролика удерживающих печь от осевого перемещения. Каждый ролик опирается на два спаренных конических роликовых подшипника установленных в корпусе. Корпуса подшипников крепятся на раме лежащей на фундаментной опоре. Для фиксации правильного положения опорных роликов на раме имеются регулировочные винты. Ролики регулируются во время монтажа печи вплоть до пуска ее в горячем состоянии.
В средней части печи около упорно-опорной роликовой опоры смонтирована венцовая шестерня 6 и привод печи 10. Основным элементом крепления венцовой шестерни является опора представляющая собой сварной кронштейн нижняя плоскость которого приварена к корпусу печи а верхняя служит для крепления пластины венцовой шестерни. Опоры устанавливаются на печи в два ряда по окружности а пластины образуют мостик между рядом стоящими опорами. При этом пластины лежат на опорах параллельно продольной оси корпуса. Между опорой и пластиной устанавливаются регулировочные прокладки которыми выверяется положение венцовой шестерни по отношению к оси вращения барабана. Биение венцовой шестерни не должно превышать 3 мм. Венцовая шестерня закрывается кожухом 5.
Печь вращается от специального привода 10 установленного под венцовой шестерней. Привод состоит из двух самостоятельных систем: пусковой и рабочей. Пусковая или вспомогательная система привода имеет двигатель мощностью 17 кВт и два редуктора соединенных муфтами. Общее передаточное число пусковой системы составляет 1020 без учета передаточного числа открытой пары шестерен а с учетом последней — примерно 14 000. Такое устройство пусковой системы позволяет развить достаточно большой крутящий момент необходимый при пуске печи. После того как печь получила от пускового электродвигателя первоначальное вращение включается электродвигатель рабочей системы. Этот электродвигатель ускоряет вращение печи и обеспечивает рабочий режим скоростей. Пусковой электродвигатель в это время отключается. При включении электро-двигателя рабочей системы частота вращения редуктора будет постепенно увеличиваться и превышать скорость которую сообщил ему пусковой электродвигатель. При этом редуктор с электродвигателем пусковой системы будут тормозить разгон рабочей системы привода. Чтобы этого не произошло между редукторами установлено храповое устройство обеспечивающее рабочей системе свободу вращения независимо от пусковой. Храповое устройство смонтировано заодно целое с тормозным шкивом. В нем применен колодочный тормоз.
По концам печи установлены загрузочные I разгрузочные устройства. Загружается печь гранулами керамзита через загрузочный лоток 9. Загрузочный лоток монтируется на корпусе осадительной камеры вместе с механизмом очистки 8. Материал поступает на обжиг через цилиндрическую воронку и по течке направляется в обжиговую печь. В средней части течки несколько выше воронки приварен кронштейн которым загрузочное устройство крепится к пылеотделительной камере. Воронка приварена к лотку так чтобы по всей длине лоток можно было просматривать и прочищать.
Выгрузочный конец вращающейся печи оканчивается специальной откатной головкой 2 служащей для уплотнения выходного торца печи а также для установки форсунок и приемки готового материала. Корпус головки сварен из листовой стали и имеет круглую форму переходящую внизу в прямоугольную. Стенка обращенная к печи имеет круглое окно диаметр которого равен наружному диаметру печи. В это окно входит конец печи. На наружной поверхности этой стенки крепится лабиринтное уплотнение 3. Каркас головки установлен на тележке. В средней части тележки предусмотрен люк через который выгружается готовый материал из печи. Головка установлена на четырех колесах.
На передней стенке головки имеется несколько люков. Через них оператор наблюдает за работой форсунки. В отверстие расположенное по оси печи устанавливается форсунка 1. Для обслуживания выгрузочного отверстия имеется специальный люк. При необходимости этот люк можно открыть и разбить спекшийся материал или протолкнуть его если он застрял на стенке люка. Откатная головка обеспечивает периодическое обслуживание печи в перерывах ее работы. С помощью откатной головки обслуживающий персонал осуществляет работы по ремонту и восстановлению футеровки проверяет и чистит топливную форсунку.
Рисунок 1 – Вращающаяся печь 25 х40
Определение объекта управления и выходных координат.
Система регулирования процесса обжига должна быть построена так чтобы были стабилизированы расходы сырья топлива и воздуха а также скорость вращения печи. При нарушениях режима с целью регулирования следует изменять либо расход сырья искорость вращения печи либо расход топлива и воздуха.
Скорость вращения печи регулируется в зависимости от хода технологического процесса при падении температуры скорость вращения печи уменьшается соответственно уменьшается загрузка сырья. Данный способ управления время от времени приводит к перегрузке печи в результате чего температура в зоне обжига падает зона обжига смещается в сторону выхода из печи (горячей головки печи) качество материала падает резко растет температура на выходе из холодильника существует вероятность выхода брака и загорания транспортерных лент. Для возвращения процесса в нормальный режим печь ставится «на скорость»: загрузка снижается на 30-50% скорость вращения печи уменьшается а иногда когда этих мер недостаточно увеличиваются подача газа и разрежение в пылевой камере с целью смещения зоны обжига в сторону загрузочного конца печи при помощи «вытягивания» факела. Постановка печи «на скорость» приводит к ряду негативных последствий.
Таким образом объектом управления будет логично выбрать скорость вращения печи.
Обобщенный алгоритм функционирования
Рисунок 2 – Обобщенный алгоритм функционирования
Кинематическая схема объекта управления
Рисунок 3 – Кинематическая схема объекта управления
Разработанная расчетная модель объекта
При исследовании объекта управления необходимо произвести его математическое описание. Для этого необходимо составить расчетную схему объекта управления. В основу построения расчетной схемы положимдопущения принимаемые при моделировании передаточных механизмов: массы кинематических звеньев сосредоточены в центрах масс;упруго-диссипативными свойствами валов.
Рисунок 4 – Расчетная модель объекта
Мдв – момент двигателя
Jдв – момент инерции двигателя
Jр - момент инерции редуктора
СD – коэффициенты жесткости и демпфирования ременной передачи
iр– передаточное число редуктора
iзв– передаточное число зубчатого венца
Мс– результирующий момент
Рисунок 5 – Функциональная схема
После запуска установки задается скорость вращения регулятором скорости R. Затем с СПЧ на асинхронный двигатель подается напряжение а с его выходного вала датчиком скорости ДС измеряется угловая скорость вращения двигателя и в сумматоре сравнивается с заданной угловой скоростью вращения.
Математическое описание объекта управления
Уравнения в изображении по Лапласу которые описывают процессы протекающие в двигателе:
На основании полученной модели составим уравнения которые описывают процессы протекающие в объекте:
Принимая начальные условия нулевыми перейдем к изображению по Лапласу. Получим:
На основании полученных систем можно составить структуру математической модели объекта управления:
Рисунок 6 – Структурная схема математической модели
В данной курсовой работе была выполнена идентификация вращающейся печи 25 х40. В ходе работы был изучен технологический процесс разработан алгоритм функционирования системы был описан объект управления. Была определена выходная координата объекта и воздействия на него – управляющее и возмущающее построены кинематическая и функциональные схемы объекта управления. В условиях принятых допущений была разработана математическая модель.
Библиографический список
Справочник «Строительные машины» том 2 – Под общей редакцией д-ра техн. наук проф. В.А. Баумана и инж. Ф.А. Лапира: Москва «машиностроение» 1977.
Морозов М.К. «Механическое оборудование заводов сборного железобетона». Киев.: «Высшая школа» 1982.
Галицков С.Я. Галицков К.С. Масляницын А.П. Математическое моделирование промышленных объектов управления. – Самара: СГАСУ 2004. – 152 с.

titulnik.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение
«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»
Факультет: строительно-технологический
Кафедра: «Механизация автоматизация и энергоснабжение строительства»
«Идентификация объектов управления»
«Идентификация рабочих органов вращающейся печи 25х40»
студент 3 курса БЗТ-35 группы
Ст. преп. Назаров М.А.