способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе
Классы МПК: | B30B9/12 с помощью прессующих шнековых или винтовых механизмов, взаимодействующих с проницаемыми кожухами |
Автор(ы): | Шевцов А.А., Володин Р.А. |
Патентообладатель(и): | Воронежская государственная технологическая академия |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-12-15 публикация патента:
20.08.1998 |
Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процессов обработки материалов на шнековых прессах. Способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе включает измерение масличностей исходного продукта и жмыха, температуры исходного продукта, расхода исходного продукта и выхода масла, дополнительно осуществляют подвод хладагента на охлаждение рабочей камеры пресса, измеряют среднеинтегральную температуру по вертикальному сечению в последней ступени зоны прессования, давление в последней ступени зоны прессования, расход хладагента, потребляемую мощность регулируемого привода пресса. По измеренным значениям масличностей исходного продукта и жмыха определяют текущее значение их соотношения, в зависимости от которого устанавливают частоту вращения шнека пресса путем воздействия на мощность регулируемого привода пресса с коррекцией соотношения масличностей по текущему значению давления в последней ступени зоны прессования, а по температуре исходного продукта устанавливают расход хладагента с коррекцией по значению среднеинтегральной температуры в вертикальном сечении последней ступени зоны прессования. При достижении текущего значения давления максимального значения снижают частоту вращения шнека пресса, а температуру нагрева продукта в зоне прессования стабилизируют путем воздействия на расход хладагента на охлаждение рабочей камеры с коррекцией по текущему значению температуры исходного продукта. Технической задачей изобретения является снижение теплоэнергетических потерь, приходящихся на единицу массы получаемого масла, а также повышение качества процесса прессования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, предусматривающий измерение масличностей исходного продукта и жмыха, температуры исходного продукта, расхода исходного продукта и выхода масла, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют подвод хладагента на охлаждение рабочей камеры пресса, измеряют давление в последней ступени зоны прессования, среднеинтегральную температуру по вертикальному сечению в последней ступени зоны прессования, расход хладагента и потребляемую мощность регулируемого привода пресса, по измеренным значениям масличностей исходного продукта и жмыха определяют текущее значение их соотношения, в зависимости от которого устанавливают частоту вращения шнека пресса путем воздействия на мощность регулируемого привода пресса с коррекцией соотношения масличностей по текущему значению давления в последней ступени зоны прессования, причем по достижении текущего значения давления максимального значения снижают частоту вращения шнека пресса, а по текущему значению температуры исходного продукта устанавливают необходимый расход хладагента с коррекцией последнего по текущему значению среднеинтегральной температуры по вертикальному сечению в последней ступени зоны прессования. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по текущим значениям расходов исходного продукта и хладагента, выхода масла, потребляемой мощности привода шнека пресса определяют текущее значение удельных теплоэнергетических потерь, определяют знак их производной по расходу исходного продукта и, если знак производной отрицательный, то увеличивают расход исходного продукта, если же знак положительный, то уменьшают расход исходного продукта.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процессов обработки материалов на шнековых прессах. Известен способ автоматического управления процессом прессования масличного материала в шнековом прессе (А.С. N 1362655, B 30 B 9/12), предусматривающий регулирование усилия на прижимном устройстве по результатам сравнения количества прессованного масла с заданным значением, а также регулирование скорости вращения шнека по измеренному значению тока нагрузки приводного двигателя шнека пресса. Однако в известном способе не предусмотрено охлаждение рабочей зоны шнека с целью стабилизации оптимального значения температуры в зоне прессования и, как следствие, отсутствует регулирование расхода хладагента по температуре в зоне прессования с коррекцией по температуре исходного продукта, что не может обеспечить повышение качества масла. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе (А.С.N 1574476, B 30 B 9/12), предусматривающий измерение температуры, влажности, масличности и расхода исходного продукта; температуры масла и его выхода, количества твердых частиц в масле; масличности жмыха, в котором по измеренным значениям осуществляют управление величиной тока приводного двигателя шнека пресса, а следовательно, частотой вращения и величиной давления перед диафрагмой пресса с коррекцией по температуре масла и содержанию твердых частиц в нем. Известный способ имеет следующие недостатки:- отсутствие канала регулирования температуры в зоне прессования воздействием на расход хладагента, что не создает условий для повышения качества продукции;
- регулирование усилий прижимного устройства по результатам сравнения количества прессованного масла с заданным с коррекцией этого воздействия по содержанию твердых частиц в масле в практическом плане весьма проблематично из-за отсутствия приборов качественного анализа, способных оперативно определять содержание твердых частиц в масле. Это обстоятельство не позволяет непрерывно в потоке осуществлять коррекцию управления (в настоящее время измерение этого показателя осуществляется лабораторным способом);
- способ не может обеспечить снижение энергозатрат, так как не предусматривает экстремального регулирования удельным энергетическими затратами, приходящимися на единицу массы конечного продукта в допустимой области качественных показателей масла. Технической задачей изобретения является снижение теплоэнергетических потерь, приходящихся на единицу массы получаемого масла, а также повышение качества процесса прессования. Поставленная задача достигается тем, что в способе автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, предусматривающем измерение масличностей исходного продукта и жмыха, температуры исходного продукта, расхода исходного продукта и выхода масла, дополнительно осуществляют подвод хладагента на охлаждение рабочей камеры пресса, измеряют среднеинтегральную температуру по вертикальному сечению в последней ступени зоны прессования, давление в последней ступени зоны прессования, расход хладагента, потребляемую мощность регулируемого привода пресса, по измеренным значениям масличностей исходного продукта и жмыха определяют текущее значение их соотношения, в зависимости от которого устанавливают частоту вращения шнека пресса путем воздействия на мощность регулируемого привода пресса с коррекцией соотношения масличностей по текущему значению давления в последней ступени зоны прессования, а по температуре исходного продукта устанавливают расход хладагента с коррекцией по значению среднеинтегральной температуры в вертикальном сечении последней ступени зоны прессования, причем при достижении текущего значения давления максимального значения снижают частоту вращения шнека пресса, а температуру нагрева продукта в зоне прессования стабилизируют путем воздействия на расход хладагента на охлаждение рабочей камеры с коррекцией по текущему значению температуры исходного продукта; по текущим значениям расходов исходного продукта, хладагента и выхода масла, потребляемой мощности привода шнека пресса определяют текущие значения удельных теплоэнергетических потерь, определяют знак их производной по расходу исходного продукта и, если знак производной отрицательный, то увеличивают расход исходного продукта, если же знак положительный, то уменьшают расход исходного продукта. На фиг. 1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе. На фиг. 1 показаны пресс 1; линии: подачи исходного продукта 2, отвода масла 3, отвода жмыха 4, подачи хладагента в полость шнека 5, отвода хладагента 6; датчики: масличностей исходного продукта 7 и жмыха 8, потребляемой мощности привода пресса 9, температур исходного продукта 10 и в зоне прессования 11 и 12, давления в зоне прессования 13, расхода исходного продукта 14, выхода масла 15, расхода хладагента 16; вторичные приборы: 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25; регулятор соотношения 26; корректирующие блоки 27, 28; локальные регуляторы 29,30,31; исполнительные механизмы 32, 33, 34; вычислительное устройство 35; экстремальный регулятор 36. Способ осуществляется следующим образом. Исходный масличный материал, прошедший влаготепловую обработку, подается на прессование в шнековый пресс 1. По информации датчиков 7,8 по содержанию масличностей в мезге и жмыхе с помощью вторичных приборов 17, 18 регулятор соотношения 26 вырабатывает задание локальному регулятору 31, который посредством исполнительного механизма 33 устанавливает заданную мощностью регулируемого привода шнекового пресса 1. Текущее давление и последней ступени зоны прессования измеряется датчиком 13 и вторичным прибором 22, и при достижении текущего значения давления, максимально допустимого, с помощью корректирующего блока 27 корректируется задание локальному регулятору 31, который снижает мощность регулируемого привода пресса 1 посредством исполнительного механизма 33. Одновременно по текущему значению температуры исходного продукта, измеряемой датчиком 10 и вторичным прибором 20, локальный регулятор 30 с помощью исполнительного механизма 32 устанавливает необходимый расход хладагента на охлаждение рабочей камеры пресса 1. С помощью датчиков 11, 12 и вторичного прибора 21 измеряется текущее значение среднеинтегральной температуры в вертикальном сечении последней ступени зоны прессования, а сигнал, пропорциональный этому значению, подается на корректирующий блок 28, который вырабатывает корректирующий сигнал локальному регулятору 30 на изменение расхода хладагента посредством исполнительного механизма 32. С помощью датчиков 9, 14, 15, 16 через вторичные приборы 19, 23, 24, 25 информации о потребляемой мощности привода пресса, а также о текущих значениях выхода масла, расходов исходного продукта и хладагента непрерывно поступает в вычислительное устройство 35, которое вычисляет текущие значения теплоэнергетических потерь, приходящихся на единицу массы получаемого масла. Экстремальный регулятор 36 определяет знак производной удельных теплоэнергетических потерь по расходу исходного продукта и в зависимости от знака производной корректирует задание локальному регулятору 29 на изменение расхода исходного продукта в пресс 1 посредством исполнительного механизма 34. При положительном знаке производной экстремальный регулятор 36 выдает корректирующий сигнал на уменьшение расхода исходного продукта, при отрицательном - на увеличение расхода исходного продукта в пресс 1. Таким образом, корректирующий сигнал, вырабатываемый экстремальным регулятором 36, устанавливает расход исходного продукта в шнековый пресс 1, соответствующий минимуму удельных теплоэнергетических потерь. В процессе управления минимизации подвергаются удельные теплоэнергетические потери, то есть
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-2t.gif)
где
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117163/931.gif)
Gвых - выход масла, кг/ч. Найдем функциональную зависимость между критерием R и мощностью регулируемого привода с учетом ограничений на управляемые параметры. Числитель критерия - теплоэнергетические потери определяют по формуле
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117163/931.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117163/931.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117001/183.gif)
где
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117163/931.gif)
Nпр - потребляемая мощность привода пресса, кВт;
Цэ - цена электроэнергии, руб/кВт
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117001/183.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117001/183.gif)
Цкл - цена хладагента, руб/м3; Цхл=5000 руб/м3;
Gхл - массовый расход хладагента, м3/ч. По данным экспериментальных исследований получены эмпирические зависимости составляющих удельных теплоэнергетических потерь по расходу исходного продукта
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-3t.gif)
где B1, B2, B3 -эмпирические коэффициенты. Расход исходного продукта и выход масла связаны следующим соотношением
Gвых= B4(AGвх+1), (4)
где Gвх - расход исходного продукта, кг/ч;
B4, A - эмпирические коэффициенты. Подставляя (2), (3), (4) в (1), получаем
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-4t.gif)
где B1, B2, B3, B4 A > 0. Приведем формулу(5) к виду, удобному для исследования на экстремум, при следующих обозначениях:
B1/B4A = D,(B2+B3)/B1= C, 1/A = E. Тогда
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-5t.gif)
Необходимое условие экстремума:
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-6t.gif)
Отсюда следует Gвх + 2GвхE - C = 0
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-7t.gif)
Так как значение расхода исходного продукта величина положительная, то поэтому условию будет удовлетворять единственное решение
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-8t.gif)
Условие экстремума выполняется как при максимуме, так и при минимуме функции. Поэтому необходимо убедиться, что решение, найденное в нашем случае, соответствует именно минимуму. Это можно установить по знаку второй производной критерия оптимизации:
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-9t.gif)
Следовательно, в точке экстремума (8) имеет место минимум. Таким образом, обосновано существование экстремальной характеристики способа управления, а критерий (1) позволяет рассматривать процесс прессования маслосодержащего сырья как объект экстремального управления. В качестве объекта прессования использовались семена подсолнечника, прошедшие весь технологический цикл до поступления в пресс. Начальная масличность исходного материала может изменяться в пределах M1= 41
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
- если M2/M1 < 0,34 то регулятор соотношения 26 через корректирующий блок 27 вырабатывает задание локальному регулятору 31, который посредством исполнительного механизма 33 увеличивает мощность привода пресса 1, например, с 30 до 36 кВт;
- если M2/M1
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117065/8805.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117012/8773.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117001/183.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-10t.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117001/183.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-11t.gif)
Производительность пресса, т/сут - 75
Расход воды при температуре 14oC, кг/ч - (0,5
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117001/183.gif)
Температура мезги (после жаровни), oC - 105
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
Масличность мезги,% - 41
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
Масличность жмыха,% - 14
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117004/177.gif)
Мощность привода, кВт - 25/30/36
Максимальное давление в последней ступени зоны прессования, МПа - 30
Максимальная температура в рабочей камере oC - 130
По данным экспериментальных исследований получены значения коэффициентов в формуле (6) с учетом (3), (4), (5):
D = 0,25; E - 750;
C = k1
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117001/183.gif)
где k1 - поправочный коэффициент; K1 = 104;
k2 - коэффициент, определяемый с учетом (3), (4), (5);
k2 = 1350. Подставляя полученные коэффициенты D, C, E в (6), получаем выражение критерия в следующем виде:
![способ автоматического управления процессом прессования в шнековом прессе, патент № 2117577](/images/patents/354/2117577/2117577-12t.gif)
Построенная по формуле (10) экстремальная зависимость стоимости удельных энергозатрат на 1 кг от расхода исходного продукта (фиг.2) позволяет оценить эффективность выбора оптимального значения G*вх . Из графика видно, что отклонение от оптимума G*вх = 3000 кг/ч ведет к перерасходу теплоэнергетических потерь. Ниже приводится таблица сравнения показателей процесса прессования семян подсолнечника по известному и предлагаемому способу управления. Из таблицы следует, что при одной и той же производительности пресса в сравниваемых способах в предлагаемом способе достигается снижение масличности жмыха на 2,2%, удельных энергозатрат на 1,5% за счет повышения точности и надежности управления.
Класс B30B9/12 с помощью прессующих шнековых или винтовых механизмов, взаимодействующих с проницаемыми кожухами