Вданном дипломномпроекте дляиспытанияасинхронногодвигателя применяетсяавтоматизированнаяустановка сиспользованиемЭВМ, блок-схемакоторой, показанана чертеже.

Наустановкеавтоматизированныеиспытанияэлектродвигателяпроводятсяпо следующейпрограмме:измерениесопротивленияобмоток; снятиехарактеристикикороткогозамыкания,механическойи рабочейхарактеристикихолостого хода.

Испытуемыйдвигатель закрепляютна нагрузочнойустановке,предназначеннойдля совмещениявала двигателя с осью маховыхмасс, создающихдинамическуюнагрузку. Валдвигателясоединяетсяс валом датчикачастоты вращения.

Снятиемеханическихи рабочиххарактеристикпроизводятв процессеразгона электродвигателя.При этом сопротивлениеобмоток соответствуетустановившейсятемпературе,полученнойпри испытаниина нагревание. Эта температурадостигаетсяавтоматическив режиме короткогозамыкания. Дляпроведения опыта холостогохода электродвигательотсоединяютот маховыхмасс.

Электронно-вычислительнаямашина в соответствиис записаннойпрограммойосуществляетуправлениеиспытательнымпроцессом,переводитиспытуемыйэлектродвигательв различныеиспытательныережимы, коммутируетизмерители,принимаетинформациюот измерителейэлектрическихи неэлектрическихвеличин, осуществляетнеобходимыевычисленияи выдает обработаннуюинформациюна печать. Измерительэлектрическихвеличин посылаетчерез соответствующиеблоки ЭВМ мгновенныезначения измеряемыхвеличин черезравные промежуткивремени с большойчастотой. В ЭВМэти данныеобрабатываютсяи выдаются напечатающееустройствоили графопостроитель.Для построениякривых используютсядействующиезначения измеренныхэлектрическихвеличин.

Процессавтоматизациииспытанийпроводитсяв два этапа.Цель первогоэтапа - повышениеточности определенияхарактеристикэлектродвигателейи сокращениемалопроизводительноготруда. На этомэтапе проводятиспытанияэлектродвигателейна нагреваниеи определяютсопротивленияобмоток припостоянномтоке и в холодномсостоянии,характеристикихолостого хода,рабочие, короткогозамыкания имеханическую,а также вероятностьбезотказнойработы.

Навтором этапеоперации снятияпоказанийприборов замененыобработкойинформациина мини-ЭВМ.

Программыиспытаний

ДляасинхронныхдвигателейГОСТ 183-74 предписываетпрограммуприемочныхиспытаний,определяющую:

измерениясопротивленияизоляции обмотокпо отношениюк корпусу машиныи между обмоткамии сопротивленийобмоток припостоянномтоке в практическихолодном состоянии;
определениекоэффициентатрансформации(длядвигателя сфазным ротором);
испытанияизоляции обмотокна электрическуюпрочностьотносительнокорпуса машиныи между обмоткамии на электрическуюпрочностьмежвитковойизоляции обмотокстатора и фазногоротора;
определениетока и потерьхолостогохода;
определениетока и потерькороткогозамыкания;
испытаниямашины приповышеннойчастоте вращенияи на нагревание;
определениеКПД, коэффициентамощности искольжения;
испытаниена кратковременнуюперегрузкупо току;
определениемаксимальноговращающегомомента, минимальноговращающегомомента в процессепуска, начальногопусковоговращающегомомента и начальногопускового тока(для двигателейс короткозамкнутымротором);
измерениявибраций иуровня шума.

Определениекоэффициентатрансформации,тока и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания

Определениекоэффициентатрансформации.

Коэффициенттрансформациинаходят, используяизмерениялинейных напряженийна зажимахобмоток статораи на кольцахнеподвижногоротора с разомкнутойобмоткой. Длянизковольтныхэлектродвигателей(с номинальнымнапряжениемдо 660 В включительно)к обмотке статораподводят номинальноелинейное напряжение.Коэффициенттрансформацииопределяюткак отношениефазных напряженийстатора U_ф1и ротора U_ф2:

k_T=U_ф1/U_ф2.

2.Определениепотерь холостогохода.

Этииспытанияпроизводятв режиме холостогохода при установившемсятепловом состояниичастей электродвигателя.Если невозможноустановитьустановившеесятепловое состояниеподшипниковнепосредственнымизмерениемих температуры,то этого достигаютпутем вращенияэлектродвигателейбез нагрузкипри номинальнойчастоте вращения.После окончанияобкатки добиваютсяпостоянствапотребляемоймощности.

Приопыте холостогохода измеряютлинейное напряжениеU₀_лмеждувсеми фазами,частоту сети,линейный токI₀_лстатора в каждойфазе и потребляемуюмощность.

Опытхолостого ходаначинают снапряжения,равного 130 % отноминального.В процессеопыта обычнопроизводят9-11 измеренийпри различныхзначенияхлинейногонапряжения.Для правильногоопределенияпотерь в обмоткестатора приопыте холостогохода необходимонепосредственнопосле опытаизмеритьсопротивлениеобмотки статора.

Коэффициентмощности холостогохода вычисляетсякак :

cosj₀=P₀/(

U₀_лI_0л).

Результатыопыта холостогохода обычноизображаютграфически- путем построениязависимостипотерьP₀,фазного токаI₀и коэффициентамощностиcosФ₀в функции напряжения.

Приопыте холостогохода допускаетсяне более чем2 % отклонениечастоты сетиот номинальной,но результатыизмеренийследует пересчитатьна номинальнуючастоту. Дляэтого измеренныенапряженияпересчитываютпропорциональнопервой степеничастоты, потерив стали пропорционально1,5 частоты имеханическиепотери пропорциональноквадрату частоты.

Приприемо-сдаточныхиспытанияхизмеряют токи потери холостогохода лишь приноминальномзначении напряжения.

Определениетока и потерькороткогозамыкания.

Приопыте короткогозамыкания настатор подаетсянапряжение,ротор затормаживается,а в случае фазногоротора обмоткизакорачиваютсянакоротко накольцах. Напряжение,подаваемоена статор, должнобыть практическисимметричнои номинальнойчастоты.

Впроцессе опытаодновременноизмеряют подводимоенапряжение,ток статора(линейный токI_kкороткогозамыкания),потребляемуюмощностьP_k(kBт),начальныйпусковой момент(для электродвигателеймалой и среднеймощности), анепосредственнопосле опытаопределяютсопротивлениеr_1kобмотки статорамежду выводами,соответствующеетемпературев конце опыта.Начальныйпусковой моментM_п=M_к(Нм) измеряютпри опытединамометромили весами наконце рычага(которым заторможенротор, закрепляемымшпонкой насвободном концевала двигателя,или весамибалансирноймашины.

Дляэлектродвигателейего определяютрасчетно поизмереннымпотерям Р_kкороткогозамыкания(численно равныммощности,потребляемойпри опыте):

М_к=0.9*9550Р_км2/n_c,

Р_км2-потерив обмотке роторапри опыте короткогозамыкания, кВт;0,9 - коэффициент,ориентировочноучитывающийдействие высшихгармоник.

Потери(кВт) в обмоткеротора приопыте короткогозамыкания:

P_км2=Р_к-Р_км1-Р_с,

гдеР_км1-потери в обмоткестатора приопыте короткогозамыкания , кВт; Р_с-потери в стали,определяемыеиз опыта холостогохода, кВт.

Потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания:

Р_км1=I_k²r_1k/1000.

Дляполучениязависимостей(необходимыхпри приемочныхи других полныхиспытаниях)потребляемой мощности Р_к,тока I_k, коэффициентамощности сosj_ки начальногопусковогомомента М_кот напряженияU_k,приложенногок двигателюв режиме короткогозамыкания,проводят 5...7отсчетов приразных значенияхэтого напряжения.

Впроцессеприемо-сдаточныхиспытаний токи потери короткогозамыканияизмеряют приодном значениинапряжения короткогозамыкания:

U_k=U_H/3,8 ,

гдеU_H-нормальноенапряжениедвигателя.

Вовремя проведенияопыта короткогозамыканияпервый отсчетрекомендуетсяпроводить приследующихзначенияхнапряжениякороткогозамыкания взависимостиот U_H:

U_H,В... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

U_K,В... 33 58 100 115 130 173 800 1600 2640

Второйотсчет - принапряжении(1-0,1) U_H.ТребуемоенапряжениеU_kподаютначиная сминимальногозначения. Воизбежаниечрезмерногонагрева обмоток токами короткогозамыканиярекомендуетсяотсчет по приборампри каждомзначении подведенногонапряженияпроизводитьза время неболее 10с, а послеотсчета двигательсразу отключать.

Поданным опытакороткогозамыканияопределяюткоэффициентмощности:

cosj_k= P_k/(

U_kI_k).

Коэффициентмощности можнонайти и по отношениюпоказаний двухваттметров(а1/а2),воспользовавшисьрис.7.1 Для этогона оси ординатоткладываютполученноезначение отношенийдвух ваттметров(а1 и а2 - деленияшкалы ваттметров)с учетом знакаэтого отношенияпроводят дляэтого значениягоризонтальнуюпрямую до пересеченияс линией cosj(или sinj), сносят точкупересеченияна ось абсцисс,по шкале осиабсцисс определяютискомое значениеcosj(или sinj).

Дляграфическогоизображениярезультатовопыта короткогозамыканияоткладываютв функции отнапряженияследующиевеличины: токкороткогозамыкания I_к,потери короткогозамыкания Р_к,коэффициентмощности cosj_ки вращающиймомент прикоротком замыканииМ_к.Если опыт короткогозамыканияпроведен припониженномнапряжении,то при определениитока и вращающегомомента, соответствующихноминальномунапряжению,вводят поправкуна насыщениепутей потоковрассеяния,строя зависимостьтока короткогозамыкания отнапряжения(рис. 7.2) . Возрастаниетока от напряженияпринимаютидущим покасательной;определяютточку пересечениякасательнойс осью абсциссU_к¹.Тогда ток короткогозамыкания приноминальномнапряженииIк.н, называемыйначальнымпусковым током, находят поформуле

I_K.H=(U_H- U_K¹) I_K/(U_K-U_K¹)

гдеI_K,U_K- соответственнонаибольшиеток , А, и напряжение,В, измеренныев процессеопыта; U_H-номинальноенапряжение,В.

Вращающиймомент прикоротком замыкании,соответствующийноминальномунапряжению,называемыйначальнымпусковым вращающиммоментом М_КН,определяют

М_КН= (I_КН/I_К)²М_К,

гдеМ_к-вращающиймомент принаибольшемнапряженииопыта короткогозамыкания, Нм.

Начальныйпусковой токи начальныйпусковой моментможно такжеопределитьпри пуске, аначальныйпусковой момент,кроме того,измеряют приснятии статическойкривой момента.Величина начальногопусковогомомента зависитот относительногоположениязубцов статораи ротора в моментизмерения.Поэтому завеличину начальногопусковогомомента принимаютнаименьшееиз измеренныхего значений.

ОпределениеКПД, коэффициентамощности искольжения

ОпределениеКПД, коэффициентамощности искольженияпо рабочейхарактеристике

Рабочаяхарактеристика, то есть зависимостьпотребляемоймощности ,тока,скольжения,КПД и коэффициентамощности отполезной мощности,снимается принеизменныхи номинальныхприложеннымнапряжениии частоте,изменяющейсянагрузке отхолостого ходадо 110 % номинальной(5-7 значений) , итемпературе,близкой кустановившейсяпри номинальнойнагрузке. Впроцессе опытаизмеряют линейныенапряженияU_ни ток I,потребляемуюмощность Р₁и скольжениеsдвигателя . Порезультатамизмеренийопределяюткоэффициентмощности.

Дляконтроля коэффициентмощности находятпо отношениюпоказаний двухваттметров.

Суммапотерь асинхронногодвигателявычисляетсякак:

Р_S=Р_м1+Р_м2+Р_с+Р_мех+Р_Д,

гдеР_м1,Р_м2,Р_с,Р_мех,Р_Д- потери собственнов обмоткахстатора, ротораи стали; механическиеи добавочныепотери.

Еслирабочую характеристикунет возможностиснять при номинальномнапряжении,тогда ее определяютпри напряжении0.5U_HrH. Полученныерезультатыиспытаний вэтом случаеможно привестик номинальномунапряжениюпо следующимформулам:

s₁=s_r;P₁=P_1r(U_H/U_r)²;

I=I_r(U_H/U_r)+dI₀;

dI₀=I₀sinj₀- I_0r(U_H/U_r)sinj_0r,

гдеs_r,I_r,I_0r,j_0r-величинысоответственноскольжения,потребляемоймощности, тока, тока холостогохода и уголмежду векторамитока и напряжения,измеренныепри холостомходе и напряженииU_r;s₁,P₁,I,I₀,sinj₀- аналогичныевеличины приноминальномнапряжении.

Значениетока при номинальномнапряжении:

I = ??? (cтр137 ф-ла 8.14 ИспытанЭлек Машин)

Определениемаксимальногои минимальноговращающих моментов

Определениемаксимальноговращающего момента

Максимальный вращающиймомент - одиниз основныхпоказателейасинхронноймашины. Так кактолько кратностьмаксимальноговращающегомомента и превышениетемпературычастей электродвигателяограничиваютвозможностиповышениямощности двигателяв данном габарите.Поэтому определятьвеличинумаксимальноговращающегомомента следуетс достаточновысокой точностью.

Максимальныйвращающиймомент находятследующимиспособами:определениемкривой вращающегомомента припуске; непосредственнымизмерениемвращающегомомента принагрузкеэлектродвигателя;вычислениемвращающегомомента помощности навалу и частотевращения принагрузкеэлектродвигателя(при этом мощностьна валу находятпри помощитарированнойнагрузочноймашины илиметодом отдельныхпотерь) и покруговой диаграмме,построеннойпо результатамопытов холостогохода и короткогозамыкания.

Приопределениимаксимальноговращающегомомента находятсоответствующееэтому моментускольжение(допускаетсяприменениетахометра).

Определениекривой вращающегомомента припуске.

Этотспособ используетсяобычно длянахождениямаксимальногомомента электродвигателейбольшой мощности,когда осуществитьнагрузку испытуемогодвигателя спомощью нагрузочноймашины непредставляетсявозможным. Дляопределениякривой вращающегомомента испытуемыйдвигательпускают вхолостую,а процесс пусказаписываетсяс помощью ЭВМ.Основная трудностьпроведенияэтого опыта- кратковременностьпериода пускаэлектродвигателей.Для удлинения периода пускаувеличиваютмомент инерциииспытуемогодвигателя,соединяя егос другой электрическоймашиной, роторкоторой служитдобавочноймаховой массой,или с тяжелыммаховиком; илиза счет пониженияподводимогок испытуемомудвигателю напряжения,но не менее 0,5от номинального.

Обычнофиксируетсяугловое ускорение,пропорциональноевращающемумоменту. Приэтом возникаютследующиетрудности.Напряжениев процессепуска не остаетсянеизменнымвследствиеизмененияпускового токав функции скольжения,поэтому полученныезначения вращающегомомента должныбыть пересчитанына номинальноенапряжениепропорциональноквадрату напряжения.

Крометого, искажающеевлияние наначальную частьпроцесса пускаоказываютпереходныепроцессы привключении, ана машины сподшипникамискольжения- еще и высокоезначение ихначальногомомента трения.Для устраненияискажающихвоздействийприбегают кпредварительномувращению испытуемогодвигателя впротивоположномнаправлении,затем, изменяячередованиефаз, реверсируютдвигатель изаписываюткривую вращающихмоментов . Масштабмомента определяетсяпо значениюначальногопусковогомомента, получаемогоиз опыта короткогозамыкания. Призаписи кривоймомента приреверсированииначальныйпусковой моментсоответствуетчастоте вращения, равной нулю.

Способопределениямаксимальноговращающегомомента непосредственнымизмерениемвращающегомомента принагрузке.

Этотспособ наиболееточен, хотя длямашин большоймощности, трудноосуществим.В качественагрузки используютбалансирнуюмашину илиэлектромагнитныйтормоз. Рекомендуетсяопределятьмаксимальныймомент приноминальномнапряжении.Для электродвигателеймощностью свыше100 кВт допускаетсяопределениемаксимальногомомента припониженномнапряжениис последующимпересчетомпропорциональноквадрату отношениянапряжений.Обычно из-завлияния насыщенияпоказательстепени дляпересчетавращающегомомента превышает2. Более точныерезультатыможно получить,определяямаксимальныймомент принесколькихзначенияхнапряжения,и на основанииэтого найтипоказательстепени зависимостивращающегомомента отнапряжения.

Наиболеечасто в качествебалансирнойнагрузочноймашины используютгенераторпостоянноготока. Если генераторработает снеизменнымвозбуждениеми нагрузочнымсопротивлением,то зависимостьмомента отчастоты вращениябудет прямолинейной,исходящей изначала координат,с угловымкоэффициентом,пропорциональнымквадрату магнитногопотока Ф. Такойвид нагрузочнойхарактеристикипозволяетопределитьточку, в которойвращающиймомент испытуемогодвигателя имеетмаксимальнуювеличину. Однакочасто приходитсяснимать всюкривую М = f(s),включая еенеустойчивуючасть, для оценкипровалов кривоймоментов, вызванныхвлиянием синхронныхи асинхронныхмоментов отвысших гармоник.В этом случаевид нагрузочныхкривых долженбыть иным, чтобыобеспечитьустойчивыеточки пересеченияс кривой моментаиспытуемогодвигателя.Этого можнодобиться, например,изменяя возбуждениегенераторапри работе егона общую сетьпостоянноготока.

Вычислениемаксимальноговращающегомомента помощности навалу и частотевращения принагрузкеэлектродвигателя.

Испытуемыйасинхронныйдвигательмеханическисоединяют сгенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением.Изменениенагрузки двигателяпроизводятрегулированиенапряжениясети, на которуюработает нагрузочныйгенератор.Отсчеты производятпри установившихсяпоказанияхприборов.Предварительноснимают двехарактеристикимашины постоянноготока: холостогохода при постояннойчастоте вращенияв генераторномрежиме и зависимостьтока холостогохода от частотывращенияI₀= f(n)при постоянномзначении токавозбуждения(это значениетока возбужденияостается неизменнымпри определениимаксимальноговращающегомомента) вдвигательномрежиме безиспытуемогодвигателя.

Дляопределенияискомой кривойзависимостивращающихмоментов асинхронногодвигателя отчастоты вращенияпри испытанииизмеряют токякоря генераторапостоянноготокаI_я и частотывращенияиспытываемогодвигателяn(об/мин).

Величинувращающегомомента (Нм)находят как:

М=9,55Е₀(I_я+I₀)/n,

гдеЕ₀-ЭДСхолостого хода,.

Пополученнойкривой М=f(n)определяеммаксимальныйвращающиймомент.

2.Определениеминимальноговращающегомомента.

Достаточноточное определениевеличины минимальноговращающегомомента асинхронногодвигателя имеетважное значение, так как снижениеего ниже допустимогопо стандартуможет привестик “застреванию”электродвигателяна малой частотевращения припуске под нагрузкой.Такой режимработы близоккрежиму короткогозамыкания иявляется аварийным.

Минимальныйвращающиймомент определяютодним из следующихспособов:

изкривой вращающегомомента, снятойс помощьюрегистрирующегоприбора в процессепуска;
принепосредственнойнагрузке балансирноймашины илигенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением(при нагрузкес помощью генераторапостоянноготока вращающиймомент определяютнепосредственноили с помощьютарированногогенератора)и при непосредственнойнагрузкетарированнойасинхронноймашиной, работающейв режиме противовключенияи включеннойв сеть с регулируемымнапряжением.

Первыедва способадополнительныхпояснений нетребуют. Третийспособ основанна том , чтовращающиймомент нагрузочнойасинхронноймашины работающейв режиме противовключения,остается практическипостояннымв диапазонескольженийот 1 до скольжения,соответствующегоминимальномувращающемумоменту, и зависяттолько от величинынапряжения,подводимогок нагрузочноймашине. Дляизбежанияпровалов вкривой М=f(n)нагрузочнойасинхронноймашины в режимеэлектромагнитноготормоза рекомендуетсяв этой машинеувеличитьвоздушный зазормежду статороми ротором путемдополнительнойобработкиротора по наружномудиаметру, вцепь фазногоротора следуетвключитьдополнительныеактивныесопротивления, а в цепь статора- дополнительноиндуктивноесопротивление.Испытанияпроводят следующимобразом ( рис.7.3):

Нагрузочнаяасинхроннаямашина работаетв режиме противовключения,то есть магнитноеполе ее вращаетсяв сторонупротивоположнуювращению ротора,что создаетсоответствующийтормозноймомент дляиспытуемогодвигателя.Тормозноймомент регулируютподводимымк нагрузочноймашине напряжениемпри помощиисточникарегулируемогонапряжения.Нагрузочнуюасинхронную машину следуетзаранее протарировать, то есть определитьзависимостьвращающегомомента на валуот подводимогок машине напряженияпри работе еев режиме электромагнитноготормоза. Приэтом необходимоубедиться вотсутствиизначительныхколебанийвеличины тормозногомомента нагрузочноймашины прификсированномнапряжениив диапазонескольженияот 1 до 2. Одну иту же протарированнуюнагрузочнуюасинхроннуюмашину вследствиепостоянствамомента призаданном напряженииможно использоватьпри испытанииасинхронныхдвигателейс разныминоминальнымичастотамивращения.

Дляопределенияминимальноговращающегомомента нанагрузочнуюмашину подаютпониженноенапряжение,соответствующееопределенномузначению тормозноговращающегомомента. Одновременнос нагрузочноймашиной включаютна номинальноенапряжениеиспытываемыйдвигатель. Еслиминимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателяменьше тормозноготормозноговращающегомомента нагрузочноймашины, то агрегатзадержитсяна промежуточнойчастоте вращения,а если минимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателя вышетормозного,то агрегатдостигаетполной частотывращенияиспытываемогодвигателя.

Пускииспытываемогодвигателяпроизводятнесколько разпри разныхтормозныхмоментах навалу, значениякоторых регулируютсяподводимымк нагрузочноймашине напряжением.При испытанииследует определятьнаибольшеезначение тормозногомомента, прикотором агрегатдостигаетполной частотывращенияиспытываемогодвигателя. Этозначение принимаютравным найденномузначению минимальноговращающего момента в процессепуска испытываемогодвигателя.

Определениесоответствияноминальныхпоказателейдвигателейтребованиямстандартов

Номинальнымипоказателямиасинхронныхдвигателей,значения которыхустановленыв стандартахили техническихусловиях, являются:КПД h,коэффициентмощности cosj₀,максимальныймомент М_м,а для двигателейс короткозамкнутымротором, крометого , начальныйпусковой моментМ_пи начальныйпусковой токI_п.

Методыконтроля номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний

Зонына параметрыприемо-сдаточныхиспытаний ( I₀,I_к,Р₀и Р_к),рассчитанныепо номинальнымпоказателямэлектродвигателейс учетом допусковна эти показатели,позволяютосуществитьконтроль номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний.

Сэтой целью порезультатамприемо-сдаточныхиспытаний необходимонанести в координатахI₀-I_k;P₀-P_k;I_k-P_kточки соответствующиеполученнымзначениямпараметровприемо-сдаточныхиспытаний.Попадание точеквнутрь всехдопустимыхзон свидетельствуето соответствииноминальныхпоказателейиспытанногодвигателятребованиямтехническихусловий с учетомдопусков поГОСТу. Еслихоть одна точкавыходит запределы любойиз зон, этосвидетельствуето том, что покрайней мерепо одномуноминальномупоказателюэлектродвигательне удовлетворяетпредписаннымтребованиям.

Поположению точекв зонах (в томслучае, еслиони оказалисьвнутри зон)можно такжеполучитьпредставлениео величиненоминальныхпоказателейиспытанногодвигателя.

Автоматизированнаяиспытательно-диагностическая система дляконтроля закачествомэлектродвигателейс использованиемЭВМ

Дляконтроля,диагностированияи анализа измененияноминальныхпоказателейасинхронногодвигателя предлагается

использоватьавтоматизированнуюиспытательно-диагностическую систему сприменениемЭВМ, блок-схемакоторой показанана рис.7.4.

Алгоритмконтроля номинальныхпоказателейасинхронныхдвигателейс короткозамкнутымротором наданной блок-схемепредставленпо значениямтоков и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания (I₀,P₀,I_К,P_К

Методикадиагностирования причин отклоненийтоков и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания впроцессе производстваасинхронныхдвигателейсводится копределениюнаправленийсмещений точекв допустимыхзонах.

Цифровоеизмерение визмерительнойсистеме токови потерь холостогохода и короткогозамыканияосуществляетсяпо особомуалгоритму.Соответствующиеканалы преобразованияизмерительнойсистемы построенына аналоговых интегрирующихпреобразователяхпеременноготока и мощноститрехфазнойцепи с унифицированнымивыходнымисигналамипостоянноготока (0-5 мА).

Даннаясистема функционируетсовместно сиспытательнымконвейером,имеющим 7 основныхпозиций испытанийасинхронныхдвигателей.На первой позициииспытательногостенда контролируетсяобрыв фаз, а навторой - сопротивленияизоляции обмотокотносительнокорпуса двигателяи между обмотками.На третьей ичетвертойпозицияхосуществляютсяиспытаниямежвитковойизоляции обмотокна электрическуюпрочность. Напятой позицииэлектродвигателиподвергаютсяиспытаниямв режимах холостогохода и короткогозамыкания.Шестая позицияпредназначенадля испытанийизоляции обмотокотносительнокорпуса и междуобмотками наэлектрическуюпрочность, аседьмая - длявибрационныхиспытаний.

Вовремя испытанийот позиций 1-4, 6 и 7 через измерительнуюсистему навходы блокасопротивленияпоступаютбинарные сигналы.Если на соответствующейпозиции электродвигательне выдерживаетиспытания , товырабатывается“0” (низкийпотенциал),если выдерживает- сигнал “1”(высокийпотенциал).

Прииспытанияхасинхронногодвигателя по5-ой позиции,то есть в режимаххолостого ходаи короткогозамыкания, спомощью измерительнойсистемы измеряютсятоки и потери.

Блоксопряжениясистемы осуществляетобмен измерительнойи управляющейинформациеймежду управляющимвычислительнымустройствоми внешнимиустройствамипутем временногоразделенияканалов.

Отбраковкаи диагностированиеасинхронныхдвигателейосуществляютсяпутем обработкирезультатовизмеренийпараметровхолостого ходаи короткогозамыканияиспытуемыхдвигателейпо алгоритмуприведенномуна рис.7.4 .

Далеепутем обработкирезультатовизмеренийпараметровхолостого ходаи короткогозамыканиягодных асинхронныхдвигателейосуществляютих статическийанализ.

Длякаждого годногоасинхронногодвигателяоформляютпротокол испытанийс указаниемреквизитовдвигателя.

Совершенствованиеалгоритма функционированияв программеЭВМ направленона обеспечениецифровогопрограммногоуправленияработой измерительногокомплекса ина использованиедополнительныхпроцедурконтрольно-измери-тельной,испытательнойи диагностическойработы дляповышениядостоверностии глубины контроляпараметрови диагностированияасинхронныхдвигателей.

Введение

Сцелью наиболееполного удовлетворенияпотребностинаселения вхлебобулочныхизделиях расширенногоасортиментаи высокогокачества необходимоиспользоватьпрогрессивныепроизводственныетехнологии,реконструироватьи обновлятьпроизводствотаким образом,что позволитполучить наивысшийэкономическийэффект.

Наиболееполно даннаяпроблема можетбыть решенапутем созданиякомплексовминипекарен,где наиболеегибко и рациональнорешаются кактехнологические,так и экономическиезадачи.

Комплексвопросов, связанныхс разработкойи внедрениемавтоматизированныхсистем управлениятехнологическимоборудованиемминипекарен,используемымпри производствехлебобулочныхизделий в настоящеевремя можетуспешно решатьсяна базе сформировавшихсянаучных достиженийв области технологиихлебопекарногопроизводства,автоматизациипроизводственныхпроцессов иосвоенияинформационной, измерительнойи вычислительнойтехники.

Технологическиепроцессыхлебопекарногопроизводствахарактеризуютсямногокомпонентностьюисходногосырья, высокойстепеньюнеопределенностина различныхэтапах протеканияпроцесса производствапшеничногохлеба, нелинейнымизависимостямимежду параметрами, т.е являются сложными системами.В большинствесвоем онипредставляютсобой сочетаниегидродинамических,тепловых,биохимическихи механическихпроцессов.

Цельнастоящегодипломногопроекта заключаетсяв созданиитакой системыуправлениярасстойным шкафом, входящимв состав комплексаминипекарни,которая позволитполностьюиспользоватьвнутренниересурсы перерабатываемогосырья, улучшитькачество выпекаемыхизделий, уменьшитьпроцент бракаи снизитьтрудоемкостьоперации расстойкитестовых заготовок.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления.

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Процесспроизводствахлебобулочныхизделий делитсяна три основныестадии:

приготовлениетеста;
разделка тестовыхзаготовок;
выпечка хлеба,

которые,в свою очередь,делятся соответственнона технологическиеоперации:

замес тестаи его созревание;
деление тестана куски;
округлениетестовых заготовок;
предварительнаярасстойка;
закатка;
окончательнаярасстойка;
выпечка хлеба.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Однойиз важнейшихтехнологическихопераций выпечкихлебобулочныхизделий являетсяпроцесс расстойкитестовых заготовок.Расстойка тестаявляетсяпредпоследнейстадией производства, на которойпроисходит окончательнаяподготовкатестовой заготовкик процессувыпечки.

Допроцесса расстойкисформированнаятестовая заготовкаимеет беспористуюструктуру.Поэтому дляпротеканияпроцесса релаксациинапряжений,разрыхлениятестовой заготовки,т.е. приданияей пористойструктуры иформы будущегохлеба илихлебобулочногоизделия проводитсяпроцесс окончательнойрасстойки.Чтобы данныйпроцесс протекалдостаточноинтенсивнои без образованияподсохшейкорочки наповерхноститестовой заготовки,параметрывоздуха (Т_в,W_в) в расстойномшкафу должнысоответствоватьопределеннымзначениямтемпературыи относительнойвлажности(35-45°С, 75-85%).

Прирасстойкепротекаютбиохимические,микробиологические,коллоидныеи физическиепроцессы.

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф на ееповерхностиконденсируетсявлага и интенсифицируетсяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к тестовойзаготовке. Врезультатеэтого скоростьпрогрева ееповерхностиувеличивается. Влага, покрывающаятестовую заготовку,предотвращаетее от заветривания.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовой заготовки температурыточки росы.

Послеудаления диоксидауглерода врезультатеформированиятестовой заготовки, он опять начинаетпродуцироватьсяхлебопекарнымидрожжами. Вначале расстойкипроцесс газообразованияпротекаетдостаточноинтенсивно( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивления(см. рис. 2.1) до первогоэкстремума).Это можно объяснитьповышением активностидрожжевыхклеток в результатенасыщениятестовой заготовкикислородомвоздуха послеее разделкии частичнымудалениемпродуктовжизнедеятельностидрожжей. Прирасстойкеобразующийсядиоксид углеродазадерживаетсятестом, чтоприводит к увеличениюего объема исозданию пористойструктуры.

Давлениепузырьковдиоксида углерода,образующихсявокруг дрожжевыхклеток, увеличиваясь,приводит крастягиваниюклейковинногокаркаса и образованиюпор, которыепри дальнейшемгазообразованииувеличиваютсяв объеме. Выравниваниевнутреннегодавления междупорами осуществляетсяпо капиллярам.В момент увеличенияпор в размерахпроисходитснижение в нихвнутреннегодавления исоответственноснятие внутреннихнапряженийклейковинногокаркаса, т.е. втесте периодическипроисходитрелаксациянакапливающихсянапряжений.Это способствуетобразованиютонкостеннойпористой структуры.На релаксациюнапряженийоказываютвлияние такжеферментативныепроцессы. Изменениетемпературытестовой заготовкии ее структурыприводит кизменениюкинематическойвязкости.

рис2.1.

Черезопределенноевремя наблюдаетсяспад интенсивностигазообразования( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивленияпосле первогоэкстремумамаксимума). Этообъясняетсяугнетениемдрожжевыхклеток продуктамиих жизнедеятельности.В этот периодвремени доэкстремумаминимума скоростиизмененияэлектрическогосопротивленияпроисходитадаптациядрожжей к новымусловиямжизнедеятельности(полностьюанаэробным).После этогоинтенсивностьгазообразованияувеличивается.

Второеэкстремальноемаксимальноезначение скоростиизмененияэлектрическогосопротивления,отражающейдинамику формированияструктурытестовой заготовки,соответствуетготовноститеста, так какдалее начинаетсяфлуктуациягазовыделения,приводящаясо временемк уплотнениюструктурытеста, т.е. кперерасстойке.Готовностьтестовой заготовкив данный моментподтверждаетсяэкстремальнымминимальнымзначениемскорости изменениятемпературыповерхностногослоя и качествомготового хлеба.

Обменныепроцессы,происходящиена поверхноститестовой заготовкимогут бытьтакже охарактеризованыкривой dT/dt (скоростьизменениятемпературыповерхностногослоя тестовыхзаготовок впроцессе расстойки),вид которойприведен нарис. 2.2. Криваяимеет три ярковыраженныхэкстремума,каждый из которыххарактеризуеткачественныеизменения,происходящиев тестовойзаготовке впериод окончательнойрасстойки.

рис2.2

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф, когдатемпературазаготовкименьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, происходитдостаточносильная конденсациявлаги на поверхноститестовой заготовки.Конденсациявлаги приводитк ускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки(участок а-б).Достижениеэкстремумамаксимума вточке “б”соответствуетнагреву поверхноститестовой заготовкидо температурыточки росыокружающейсреды. Конденсациявлаги предотвращаетзаветриваниеповерхностии образованиетрещин приувеличениитестовой заготовкив объеме. Болеетого, насыщениевлагой поверхностногослоя тестовойзаготовкиобеспечиваетзакупоркукапилляров,что блокируетвыделениедиоксида углеводаиз тестовойзаготовки иповышаетгазоудерживающуюспособностьтеста.

Замедлениепрогрева тестовойзаготовки научастке “б-в”связан с уносомтепла в процессеиспарения влагис поверхности.Процесс испаренияизбыточнойвлаги с поверхноститестовой заготовкисовпадает спроцессоминтенсивногоразрыхлениятестовой заготовкиобразующимсядиоксидомуглерода. Точка“в” - экстремумминимум отражаетмомент стабилизацииструктурытеста, определяемойвнутреннимдавлением СО₂,реологическимисвойствами,соотношениемсвободной исвязаннойвлаги. Точка“в” - экстремумминимум скоростиизмененияповерхностногослоя тестовойзаготовкиявляется моментомготовноститестовой заготовкик выпечке, таккак дальнейшеепродолжениерасстойкиприводит куплотнениюповерхностногослоя за счетувеличенияпластическойсоставляющейобщей деформациитеста и процессафлуктуациигазовыделения,за счет снижениягазоудерживающейспособноститеста. Процессуплотненияповерхностногослоя тестовойзаготовкиприводит кускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки,т.е. кривая скоростиизменениятемпературыповерхностногослоя начинаетрасти. Росткривой продолжаетсядо точки “г”,после прохождениякоторой начинаетсяпроцесс интенсивногогазовыделения,связанногос резким снижениемгазоудерживающейспособноститеста, вызваннойпептизациейбелков и увеличениемжидкой фазы.После чеготестовая заготовканачинает оседать.В этот периодтакже наблюдаетсяснижение прогреватестовой заготовки( участок “г-д”см. рис.). Выпечкахлеба в периодвремени, соответствующийучастку “в-г”, приводит кполучению хлебахудшего качества,чем в моментвремени соответствующийточке “в” - экстремумминимум, а научастке “г-д”- приводит кполучениюбрака.

Конструкциярасстойногошкафа

Расстойкатестовых заготовокпроисходитв расстойномшкафу. Расстойныйшкаф (см. чертеж)представляетсобой однокамерныйдвухдверныйметаллическийконтейнер степлоизолированнымистенками, имеющий габаритныеразмеры (ШґГґВ):1530 мм ґ 830 ммґ 2280 мм,вмещающий двестандартные стеллажныетележки, размером450 ґ 660 мм.

Вверхней частирасстойногошкафа находитсяотсек , в которомрасположенасистема поддержаниятемпературно-влажностногорежима в камерерасстойногошкафа, включающаяв себя:

герметичнуюметаллическуюемкость дляводы;
нагревательныеэлементы (ТЭНы);
циркуляционныйвентилятор;
электроклапаныподачи воды;
фильтр поступающейводы;
сливной насос;
трубки системы подачи и сливаводы;
воздушныеканалы;
рабочие датчикивлажности,температурыи уровня воды;
датчики критическихзначений температурыи уровня воды;
выключателипитания иуправления;
задатчикитемпературыи влажности;
индикатортемпературы;
индикаторныелампы рабочихи аварийныхрежимов;
предохранителии автоматическиевыключатели;
электроннаясистема управления;
преобразовательчастоты;

Органы управлениярасстойнымшкафом и приборыиндикациинаходятся напанели управления, расположеннойв верхней частирасстойногошкафа.

Дверирасстойногошкафа при открытииболее чем на90° остаютсяв открытомсостоянии, ав противномслучае - автоматическизакрываются.Правильнаяочередностьзакрытия дверейобеспечиваетсяавтоматическимдоводчиком.Для улучшениягерметизациии повышениятеплоизоляциипо периметрудверей проложенмагнитныйуплотнитель.Двери, как истенки расстойногошкафа, имеюттеплоизоляционныйслой.

Расстойныйшкаф подключаетсяк системе холодноговодоснабжения,канализациии к трехфазнойсети переменноготока, напряжением380 В с заземленнойнейтралью.

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Таккак окончательнаярасстойкаявляется конечнойтехнологическойоперацией,формирующейфизико-химическиесвойства тестовойзаготовки иопределяющейв большой степеникачество готовогохлеба, то определениеи поддержаниеоптимальныхпараметроврасстойки -температурывоздуха Т_в,относительнойвлажностивоздуха W_ви продолжительностьрасстойкитестовой заготовкидо готовностиt_р^#- имеют большоепрактическоезначение.

Дляточного определениятехнологическихпараметроврасстойногошкафа необходимоиметь современныеметоды контроляи поддержаниятемпературыи относительнойвлажностивоздуха.

Проектируемаясистема управлениярасстойнымшкафом должнаобеспечиватьоптимальныепараметрыпроведениярасстойкитестовых заготовок.Для этого необходимообеспечитьнепрерывныйконтроль затемпературойи влажностьюв расстойномшкафу и обеспечитьих поддержаниес заданнойточностью. Приэтом желательнопредотвратитьконденсациюводы на тестовыхзаготовкахи стенках расстойногошкафа.

Важнойс точки зренияконвекционнойтеплопередачиявляется скоростьобдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов. Онав большой степенивлияет на качество готового продукта.Поэтому в системеуправлениядолжна бытьпредусмотренавозможностьизмененияскорости обдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов путемрегулированияскорости вращенияприводногодвигателяциркуляционноговентилятора.

Проектируемая система управлениядолжна такжеобеспечиватьбезопасностьработы расстойногошкафа, предотвращаяпоследствиязамыканий иобрывов проводки,перегревнагревателей,понижение илиповышениеуровней водыза допустимыепределы.

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу производитсяпо законамтермодинамикии теплопередачи(теплообмена).

Вучении о теплообменерассматриваютсяпроцессыраспространениятеплоты в твердых,жидких и газообразныхтелах. Эти процессыпо своейфизико-механическойприроде весьмамногообразны,отличаютсябольшой сложностьюи обычно развиваютсяв виде комплексаразнородныхявлений.

Переностеплоты можетосуществлятьсятремя способами:теплопроводностью,конвекциейи излучением.Процесс переносатеплоты теплопроводностьюпроисходитмежду непосредственносоприкасающимисятелами иличастицами телс различнойтемпературой.Теплопроводностьпредставляетсобой молекулярныйпроцесс передачитеплоты.

Известно,что при нагреваниитела кинетическаяэнергия егомолекул возрастает.Частицы болеенагретой частитела, сталкиваясьпри своембеспорядочномдвижении ссоседнимичастицами,сообщают имчасть своейкинетическойэнергии. Этотпроцесс распространяетсяпо всему телу.То есть теплороводностьпредставляетпроцесс распространенияэнергии междучастицами тела,находящимисядруг с другомв соприкосновениии имеющимиразличныетемпературы.Например, еслинагревать одинконец железногостержня, точерез некотороевремя температурадругого егоконца такжеповысится.Перенос теплотытеплопроводностьюзависит отфизическихсвойств тела,от его геометрическихразмеров, атакже от разноститемпературмежду различнымичастями тела.При определениипереноса теплотытеплопроводностьюв реальныхтелах встречаютсяизвестныетрудности,которые напрактике досих пор не решены.Эти трудностисостоят в том,что тепловыепроцессы развиваютсяв неоднороднойсреде, свойствакоторой зависятот температурыи изменяютсяпо объему; крометого, трудностивозникают сувеличениемсложностиконфигурациисистемы.

Теплопроводностьl (иликоэффициенттеплопроводности) характеризуетспособностьданного веществапроводитьтеплоту.

Q = (T₂ - T₁)ґlґS/d- тепловой потокчерез плоскиестенки, где d- толщина стенки,S - площадь поверхностистенки, (Т₂-Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Второйвид перносатеплоты - ковекция- происходиттолько в газахи жидкостях.Этот вид переносаосуществляетсяпри перемещениии перемешиваниивсей массынеравномернонагретых жидкостиили газа. Конвекционныйперенос теплотыпроисходиттем интенсивнее,чем большескорость движенияжидкости илигаза, так какв этом случаеза единицувремени перемещаетсябольшее количествочастиц тела.В жидкостяхи газах переностеплоты конвекциейвсегда сопровождаетсятеплопроводностью,так как приэтом осуществляетсяи непосредственныйконтакт частицс различнойтемпературой.Одновременныйперенос теплотыконвекциейи теплопроводностьюназывают конвективнымтеплообменомобменом;он может бытьвынужденными свободным.Если движениерабочего телавызвано искуственно(вентилятором,компрессором,мешалкой идр.), то такойконвективныйтеплообменназывают вынужденным.Если же движениерабочего телавозникает подвлиянием разностиплотностейотдельныхчастей жидкостиот нагревания,то такой теплообменназывают свободным(естественным)конвективнымтеплообменом.

Вбольшинствеслучаев переностеплоты осуществляетсянесколькимиспособами, хотячасто однимили даже двумяспособамипренебрегаютввиду их относительнонебольшоговклада в сумммарныйсложный теплоперенос.

Прирасчете теплопередачиконвекциеймежду твердымтелом и газом(жидкостью)используютвыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґaґS,

гдеa - коэффициенттеплоотдачиот твердоготела к газу,

S - площадь поверхностиомываемоготвердого тела,

Т₂ и Т₁ - температурытела и газа.

При расчететеплопередачичерез плоскуюстенку используютследующеевыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґkґS,

где k - коэффициенттеплопередачи(характеризуеинтенсивностьтеплопередачиот одноготеплоносителяк другому черезразделяющуюих плоскуюстенку);

S - площадь поверхностистенки;

(Т₂ - Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Коэффициенттеплопередачирасчитываетсяпо формуле

где d - толщинастенки;

l - коэффициенттеплопроводностистенки;

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенки;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенки .

Общие коэффициентытеплоотдачиметодическиоцениваютсяодинаково - каксумма коэффициентовтеплоотдачиконвекцией(a_кон)и излучением(a_изл):

a_общ =a_кон +a_изл .

Для расчетатеплоты, необходимойдля нагревател, пользуютсяформулойтеплоемкости:

Q = c ґ m ґDТ,

где с - коэффициенттеплоемкоститела;

m - масса тела;

DТ - разностьначальной иконечной температуртела.

Модельподдержаниязаданной температуры

Вовремя работырасстойногошкафа в егокамере протекаютсложные теплообменныепроцессы.

Основнымисточникомтепла в расстойномшкафу являютсянагревательныеэлементы (ТЭНы),находящиесяв потоке воздуха,циркуляциякоторогообеспечиваетсяциркуляционнымнасосом. Подогретыйвоздух передаеттепловую энергиютестовым заготовкам,прогревая их.Одновременночасть энергиирасходуетсяна прогревтележек, а частьэнергии теряетсяза счет теплопередачичерез стенкирасстойногошкафа. При работесистемы поддержаниязаданной влажностивместе с паромв камеру расстойногошкафа такжепопадает энергия.Следовательно,уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа выглядитследующимобразом:

Q_возд= Q_тэн + Q_пара- Q_теста - Q_тел- Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_пара - количествотеплоты, вносимоев камеру расстойногошкафа вместес паром, необходимымдля поддержанияв камере расстойногошкафа заданногоуровня относительнойвлажностивоздуха;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/dt),

гдеc_возд - теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха;

с_п- теплоемкостьперегретогопара;

d_п- влагосодержаниевоздуха.

Так как влагосодержаниевлажного воздухазависит от еготемпературыи влажности,то и теплоемкостьвлажного воздухазависит от этихпараметров.

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа.

dT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

Откуда:

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= a_тэнґS_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеa_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов;

S_тэн- площадьповерхностиТЭНов;

Т_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн- теплоемкостьматериалаТЭНов;

m_тэн- масса ТЭНов.

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна допустимуювеличину, системауправленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, вносимыйс паром, расчитываетсяпо формуле:

Q_пара= (Р_{тен вл} / r) ґh_п,

гдеР_{тен вл}- мощность ТЭНов,используемыхдля подогреваи испаренияводы, с цельюувлажнениявоздуха в расстойномшкафу;

r- теплотапарообразованияводы;

h_п - удельнаяэнтальпиянасыщенногопара.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовкамии используемыйдля их прогрева,может бытьописан формулойконвективноготеплообмена:

Q_теста= a_тестаґ S_тестаґ (Т_возд- Т_теста),

где a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок;

S_теста- площадь поверхноститестовых заготовок;

Т_теста - температуратестовых заготовок,скрость изменениякоторой, с учетомтого, что прирасстойке втестовых заготовкахвыделяетсяэнергия Q_{теста выд},составляет:

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок;

m_теста- масса тестовыхзаготовок.

Аналогично,тепловой поток,получаемыйтележками ииспользуемыйдля их прогрева,также можетбыть описанформулойконвективноготеплообмена:

Q_тел= a_телґ S_телґ (Т_возд- Т_тел),

где a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек;

S_тел- площадь поверхноститележек;

Т_тел - температуратележек, скростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек;

m_тел- масса тележек.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= k_cтґ S_стґ (Т_возд- Т_ос),

где k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки;

S_ст- площадь стеноккамеры расстойногошкафа;

Т_ос- температураокружающейсреды.

Следует учесть,что коэффициентытеплоотдачиконвекцией(a_тэн,a_теста,a_тел)и коэффициенттеплопередачиk_ст (такжезависящий откоэффициентовтеплоотдачиповерхностейстенок) в своюочередь зависятот многих факторов:от температурповерхностейи омывающейих среды, отскорости движенияпоследней, отее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости(в свою очередьтакже зависящихот температурысреды), от конфигурациии состоянияповерхностейи их геометрическихразмеров. Нахождениекоэффициентовтеплоотдачиконвекциеейвозможно путемрешения системыдифференциальныхуравнений(Фурье-Кирхгофа,Навье-Стокса,сплошности(непрерывности),дифференциальнооуравнениятеплообмена,описывающегопроцесс теплоотдачина границахтела) с прибавлениемкраевых условий(геметрическиеусловия, характеризующиеформу и размерытела, в которомпротекаетпроцесс теплопередачи;физическиеусловия, характеризующиефизическиесвойства средыи тела; граничныеусловия, характеризующиепротеканиепроцессатеплопередачина границахтела; временныеусловия, характеризующиепротеканиепроцесса вовремени). Этовозможно лишьв некоторыхчастных случаяхпри использованииряда упрощений,причем полученныерешения невсегда согласуютсяс опытнымирезультатами.Поэтому изучениеконвективноготеплообменаразвивалось,как правило,экспериментальнымпутем. Однакочисто экспериментальноеизучение какого-либофизическогоявления имееттот недостаток,что его результатыимеют ограниченнуюценность, таккак применимылишь к частномуявлению. Эточрезвычайноусложняетэксперимент,заставляяопытным путемпроверитьзависимостьданного явленияот ряда факторов,а некоторыеявления зависятот многих переменных.На помощь вэтих случаяхприходит теорияподобия, позволяющаяв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты,распространитьих на целуюгруппу подобныхявлений. Подобныесистемы характеризуютсябезразмернымикомплексами,составленнымииз характеризующихявление величин,сохраняющимиодно и то жечисленноезначение. Такиевеличины носятназвание инвариантовили критериевподобия иобозначаютсясимволами,состоящимииз первых буквфамилий ученых,которые ихввели в употреблениеили вообщеработали вданной области.Для определениякритериевтепловогоподобия дляпередачи теплав движущейсясреде конвекцией используетсядифференциальноеуравнениетеплопроводностиФурье-Кирхгофасовместно сграничнымуравнениемтеплообмена.На основе уравненияподобия процессовопределяютсясоотношениямежду постояннымиподобия, и изкоторых путемподстановкиопределяютсякритерии тепловогоподобия:

Nu = a ґl / l - числоНуссельта.

Число Нуссельтахарактеризуетсобой условиятеплопередачимежду твердымтелом и средой,оно содержитв себе искомуювеличину -коэффициенттеплоотдачиa, коэффециенттеплопроводностисреды lи определяющийразмер l, характеризующийсобой геометрическоеподобие.

Ре = u ґl / a - число Пекле.

Число Пеклеобычно преобразуетсяи представляетсяв виде двухкритериев:

Число РейнольдсаRe содержит всебе скоростьпотока uи коэффициенткинематическойвязкости n= m/rм²/с, где m- коэффициентдинамическойвязкости,характеризуетсобой ее внутреннеетрение; r- плотностьсреды. ЧислоРейнольдсаявляется критериемгидродинамическогоподобия, онхарактеризуетсобой условиявынжденногодвижения среды.

Множителямичисла ПрандтляPr являютсяфизическиепараметры -кинематическаявязкость икоэффициенттемпературопроводности- число Прандтляхарактеризуетсобой свойствасреды. Онопрактическине зависит ниот давления,ни от температуры.Так как коэффициенттемпературопроводности

a = l / (c ґr ),

тоPr = c ґr ґn / l,

где с - теплоемкостьсреды;

r - плотностьсреды;

l - коэффициенттеплопроводностисреды.

Так как мы имеемдело с теплоотдачейв потоке движущейсясреды, то крометепловогоподобия, должныбыть соблюденыусловия гидромеханическогоподобия. Критериигидромеханическогоподобия выделяютсяиз дифференциальногоуравнениядвижения несжимаемойвязкой жидкостиНавье-Стокса.Это то же числоРейнольдса,а также числоГрасгофа:

Gr = bґgґl³ґDt/n²,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотномти средыс температурой.

Число ГрасгофаGr характеризуетсвободноеконвективноедвижение среды.

Критериальноеуравнениетеплопередачиконвекциейстроится потипу:

Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Здесь Nu содержитв себе искомуювеличину aи являетсянеопределяющимкритерием,тогда как критерииRe, Gr, Pr - определяющими.

Для газов одинаковойатомности и,в частности,для воздуха,когда Pr = const, будемиметь:

Nu = F ( Re , Gr ).

А при вынужденномтурбулентномдвижении газа,что имеет местов расстойномшкафу при обтеканиипотоком воздуханагревателей,когда естественнойконвекциейможно пренебречь,выпадает числоГрасгофа:

Nu = F ( Re ).

Значение критическойскорости, прикоторой происходитпереход отламинарногорежима течениявоздуха ктурбулентному,соответствующеечислу РейнольдсаRe = 2200, равно:

u_кр = 2200 ґn / d.

При работерасстойногошкафа в установившемсярежиме в немпроисходятпостоянныеколебаниятемпературыв установленныхпределах. Этообьясняетсяработой системыуправления.То есть не толькопри прогреве,но даже в установившемсярежиме коэффициентытеплоотдачиповерхностейТЭНов, тележеки стенок неявляются постояннымии не подлежатоднозначномуточному матаматическомуописанию.

Еще большуюпроблему представляетнахождениекоэффициентатеплоотдачиповерхностейтестовых заготовок.Это связанос тем, что припоступлениитестовых заготовокв расстойныйшкаф они прогреваютсязначительномедленнее, чемциркулирующаяв камере шкафапаровоздушнаясреда. Когдатемпературазаготовококазываетсяменьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, на ихповерхностиконденсируетсявлага, многократноувеличиваякоэффициенттеплоотдачии интенсифицируяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к поверхноститестовых заготовок,в результатечего скоростьпрогрева ихповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовые заготовки,также предотвращаетих от затвердеванияи от образованиятрещин приувеличениитестовых заготовок.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы (всвою очередьзависящей отпостоянноменяющихсятемпературыи влажностициркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха).Коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовркпри этом уменьшается,что влечет засобой уменьшениеинтенсивностиих прогрева.Таким образом,строгое математическоеописание коэффициентатеплоотдачиповерхноститестовых заготовокне представляетсявозможным.

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Относительнаявлажностьвоздуха в расстойномшкафу находитсяпо уравнению:

j_возд= r_п/ r_max,

гдеr_max- максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха приданной температуре;

r_п -действительнаяабсолютнаявлажностьненасыщенноговоздуха, скоростьизменениякоторой (dr_п/dt)может бытьвыражена как:

гдеV_возд-объем циркулирующегов расстойномшкафу влажноговоздуха;

G_потерь - расходпара на конденсациюна стенкахкамеры расстойногошкафа и наповерхноститестовых заготовок;

G_пара - расходпара на увлажнениевоздуха в камерерасстойногошкафа:

G_пара = Р_тенвл / r ,

гдеr- теплотапарообразованияводы;

Р_{тен вл}- мощностьТЭНов, используемыхдля подогреваи испаренияводы, с цельюувлажнениявоздуха в расстойномшкафу.

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную влажность,данные ТЭНывключены толькопока относительнаявлажностьвоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько относительнаявлажностьвоздуха превышает заданный пределсистема управленияподает сигнална отключениеТЭНов увлажнения.При этом Р_тэнвл = 0. При паденииотносительнойвлажности нижепредельной, система управленияподает сигнална включениеТЭНов увлажнения.При этом Р_тэнвл = Р_{тэн влзад}, где Р_{тэнвл зад} - номинальнаямощность ТЭНовувлажнения.

Максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха (r_max)зависит оттемпературыциркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха,а теплотапарообразованияводы (r) зависитот температурыводы. И еслипоследняя вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа практическинеизменна, тотемпературавоздуха меняетсяв заданномдиапазоне ив установившемсярежиме работырасстойногошкафа. А r_maxдовольно существеннозависит оттемпературывоздуха. Тоесть даже вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа r_maxбудет существенноменятся и этиизменения неописываютсяс большой точностьюматематически.

Потери парана конденсацию(G_потерь) присходятне всегда, атолько приусловии, что внутренняяповерхностьстенок камерырасстойногошкафа или поверхностьтестовых заготовокимеют температуруменьшую, чемтемператураточки росы (t_р)при данныхусловиях.

Конденсациюпара на стенкахможно практическипредотвратитьсделав достаточнойтеплоизоляциюстенок расстойногошкафа. Напротив,конденсацияпара на поверхноститестовых заготовокявляется неотемлемойчастью технологическогопроцесса растойкитестовых заготовок,напрямую влияющейна качествоготовой продукции,и происходитв первой половинепроцесса расстойки,до моментадостиженияповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы. Всвою очередь,температураточки росызависит отвлажности итемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа. Такимобразом, математическоеописание потерьпара на конденсациюне представляетсявозможным.

Из всего вышеизложенногостановитсяясно, что полнаяматематическаямодель не пригоднадля написанияпо ней алгоритмапрограммы исамой программыдля ЭВМ с цельюмоделированияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу и выборапараметровсистемы управления,удовлетворяющихзаданным требованиям.

Введение

Сцелью наиболееполного удовлетворенияпотребностинаселения вхлебобулочныхизделиях расширенногоассортиментаи высокогокачества необходимоиспользоватьпрогрессивныепроизводственныетехнологии,реконструироватьи обновлятьпроизводствотаким образом,что позволитполучить наивысшийэкономическийэффект.

Комплексвопросов, связанныхс разработкойи внедрениемавтоматизированныхсистем управлениятехнологическимоборудованиемминипекарен,используемымпри производствехлебобулочныхизделий в настоящеевремя можетуспешно решатьсяна базе сформировавшихсянаучных достиженийв области технологиихлебопекарногопроизводства,автоматизациипроизводственныхпроцессов иосвоенияинформационной,измерительнойи вычислительнойтехники.

Технологическиепроцессыхлебопекарногопроизводствахарактеризуютсямногокомпонентностьюисходногосырья, высокойстепеньюнеопределенностина различныхэтапах протеканияпроцесса производствапшеничногохлеба, нелинейнымизависимостямимежду параметрами,т.е. являются сложными системами.В большинствесвоем онипредставляютсобой сочетаниегидродинамических,тепловых,биохимическихи механическихпроцессов.

В всвязи с этимв данном дипломномпроекте предполагаетсярассмотретьследующиевопросы:

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологиятиповых приемочныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей0,5 ё 5 кВт(в технологическойчасти);
технико-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом (в экономическойчасти);
обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Введение

Комплексвопросов, связанныхс разработкойи внедрениемавтоматизированныхсистем управлениятехнологическимоборудованиемминипекарен,используемымпри производствехлебобулочныхизделий в настоящеевремя можетуспешно решатьсяна базе сформировавшихсянаучных достиженийв области технологиихлебопекарногопроизводства,автоматизациипроизводственныхпроцессов иосвоенияинформационной,измерительнойи вычислительнойтехники.

Технологическиепроцессыхлебопекарногопроизводствахарактеризуютсямногокомпонентностьюисходногосырья, высокойстепеньюнеопределенностина различныхэтапах протеканияпроцесса производствапшеничногохлеба, нелинейнымизависимостямимежду параметрами,т.е. являются сложными системами.В большинствесвоем онипредставляютсобой сочетаниегидродинамических,тепловых,биохимическихи механическихпроцессов.

В всвязи с этимв данном дипломномпроекте выбранык рассмотрениюследующиевопросы:

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности(в технологическойчасти);
расчет затратна ОКР по разработкеСУ расстойногошкафа (в экономическойчасти);
безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления.

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Процесспроизводствахлебобулочныхизделий делитсяна три основныестадии:

приготовлениетеста;
разделка тестовыхзаготовок;
выпечка хлеба,

которые,в свою очередь,делятся соответственнона технологическиеоперации:

замес тестаи его созревание;
деление тестана куски;
округлениетестовых заготовок;
предварительнаярасстойка;
закатка;
окончательнаярасстойка;
выпечка хлеба.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Прирасстойкепротекаютбиохимические,микробиологические,коллоидныеи физическиепроцессы.

Конструкциярасстойногошкафа

герметичнуюметаллическуюемкость дляводы;
нагревательныеэлементы (ТЭНы);
циркуляционныйвентилятор;
электроклапаныподачи воды;
фильтр поступающейводы;
сливной насос;
трубки системы подачи и сливаводы;
воздушныеканалы;
рабочие датчикивлажности,температурыи уровня воды;
датчики критическихзначений температурыи уровня воды;
выключателипитания иуправления;
задатчикитемпературыи влажности;
индикатортемпературы;
индикаторныелампы рабочихи аварийныхрежимов;
предохранителии автоматическиевыключатели;
электроннаясистема управления;
преобразовательчастоты;

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Спецчасть

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Процесспроизводствахлебобулочныхизделий делитсяна три основныестадии:

приготовлениетеста;
разделка тестовыхзаготовок;
выпечка хлеба,

которые,в свою очередь,делятся соответственнона технологическиеоперации:

замес тестаи его созревание;
деление тестана куски;
округлениетестовых заготовок;
предварительнаярасстойка;
закатка;
окончательнаярасстойка;
выпечка хлеба.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Однойиз важнейшихтехнологическихопераций выпечкихлебобулочныхизделий являетсяпроцесс расстойкитестовых заготовок.Расстойка тестаявляетсяпредпоследнейстадией производства,на которойпроисходит окончательнаяподготовкатестовой заготовкик процессувыпечки.

Прирасстойкепротекаютбиохимические,микробиологические,коллоидныеи физическиепроцессы.

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф на ееповерхностиконденсируетсявлага и интенсифицируетсяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к тестовойзаготовке. Врезультатеэтого скоростьпрогрева ееповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовую заготовку,предотвращаетее от заветривания.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовой заготовки температурыточки росы.

Послеудаления диоксидауглерода врезультатеформированиятестовой заготовки,он опять начинаетпродуцироватьсяхлебопекарнымидрожжами. Вначале расстойкипроцесс газообразованияпротекаетдостаточноинтенсивно( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивления(см. рис. 2.1) до первогоэкстремума).Это можно объяснитьповышением активностидрожжевыхклеток в результатенасыщениятестовой заготовкикислородомвоздуха послеее разделкии частичнымудалениемпродуктовжизнедеятельностидрожжей. Прирасстойкеобразующийсядиоксид углеродазадерживаетсятестом, чтоприводит к увеличениюего объема исозданию пористойструктуры.

рис 2.1.

Через определенноевремя наблюдаетсяспад интенсивностигазообразования( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивленияпосле первогоэкстремумамаксимума). Этообъясняетсяугнетениемдрожжевыхклеток продуктамиих жизнедеятельности.В этот периодвремени доэкстремумаминимума скоростиизмененияэлектрическогосопротивленияпроисходитадаптациядрожжей к новымусловиямжизнедеятельности(полностьюанаэробным).После этогоинтенсивностьгазообразованияувеличивается.

рис 2.2

При поступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф, когдатемпературазаготовкименьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, происходитдостаточносильная конденсациявлаги на поверхноститестовой заготовки.Конденсациявлаги приводитк ускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки(участок а-б).Достижениеэкстремумамаксимума вточке “б”соответствуетнагреву поверхноститестовой заготовкидо температурыточки росыокружающейсреды. Конденсациявлаги предотвращаетзаветриваниеповерхностии образованиетрещин приувеличениитестовой заготовкив объеме. Болеетого, насыщениевлагой поверхностногослоя тестовойзаготовкиобеспечиваетзакупоркукапилляров,что блокируетвыделениедиоксида углеводаиз тестовойзаготовки иповышаетгазоудерживающуюспособностьтеста.

Замедлениепрогрева тестовойзаготовки научастке “б-в”связан с уносомтепла в процессеиспарения влагис поверхности.Процесс испаренияизбыточнойвлаги с поверхноститестовой заготовкисовпадает спроцессоминтенсивногоразрыхлениятестовой заготовкиобразующимсядиоксидомуглерода. Точка“в” - экстремумминимум отражаетмомент стабилизацииструктурытеста, определяемойвнутреннимдавлением СО₂,реологическимисвойствами,соотношениемсвободной исвязаннойвлаги. Точка“в” - экстремумминимум скоростиизмененияповерхностногослоя тестовойзаготовкиявляется моментомготовноститестовой заготовкик выпечке, таккак дальнейшеепродолжениерасстойкиприводит куплотнениюповерхностногослоя за счетувеличенияпластическойсоставляющейобщей деформациитеста и процессафлуктуациигазовыделения,за счет снижениягазоудерживающейспособноститеста. Процессуплотненияповерхностногослоя тестовойзаготовкиприводит кускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки,т.е. кривая скоростиизменениятемпературыповерхностногослоя начинаетрасти. Росткривой продолжаетсядо точки “г”,после прохождениякоторой начинаетсяпроцесс интенсивногогазовыделения,связанногос резким снижениемгазоудерживающейспособноститеста, вызваннойпептизациейбелков и увеличениемжидкой фазы.После чеготестовая заготовканачинает оседать.В этот периодтакже наблюдаетсяснижение прогреватестовой заготовки( участок “г-д”см. рис.). Выпечкахлеба в периодвремени, соответствующийучастку “в г”,приводит кполучению хлебахудшего качества,чем в моментвремени соответствующийточке “в” - экстремумминимум, а научастке “г-д”- приводит кполучениюбрака.

Конструкциярасстойногошкафа

Расстойкатестовых заготовокпроисходитв расстойномшкафу. Расстойныйшкаф (см. чертеж)представляетсобой однокамерныйдвухдверныйметаллическийконтейнер степлоизолированнымистенками, имеющий габаритныеразмеры (ШґГґВ):1886 мм ґ 830 ммґ 2280 мм,вмещающий 3стандартные стеллажныетележки, размером450 ґ 660 мм.

Вверхней частирасстойногошкафа находитсяотсек, в которомрасположенасистема поддержаниятемпературно-влажностногорежима в камерерасстойногошкафа, включающаяв себя:

герметичнуюметаллическуюемкость дляводы;
нагревательныеэлементы (ТЭНы);
циркуляционныйвентилятор;
электроклапаныподачи воды;
фильтр поступающейводы;
сливной насос;
трубки системы подачи и сливаводы;
воздушныеканалы;
рабочие датчикивлажности,температурыи уровня воды;
датчики критическихзначений температурыи уровня воды;
выключателипитания иуправления;
задатчикитемпературыи влажности;
индикатортемпературы;
индикаторныелампы рабочихи аварийныхрежимов;
предохранителии автоматическиевыключатели;
электроннаясистема управления;
преобразовательчастоты;

Органы управлениярасстойнымшкафом и приборыиндикациинаходятся напанели управления,расположеннойв верхней частирасстойногошкафа.

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Важной с точкизрения конвекционнойтеплопередачиявляется скоростьобдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов. Онав большой степенивлияет на качество готового продукта.Поэтому в системеуправлениядолжна бытьпредусмотренавозможностьизмененияскорости обдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов путемрегулированияскорости вращенияприводногодвигателяциркуляционноговентилятора.

Спецчасть

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Процесспроизводствахлебобулочныхизделий делитсяна три основныестадии:

приготовлениетеста;
разделка тестовыхзаготовок;
выпечка хлеба,

которые,в свою очередь,делятся соответственнона технологическиеоперации:

замес тестаи его созревание;
деление тестана куски;
округлениетестовых заготовок;
предварительнаярасстойка;
закатка;
окончательнаярасстойка;
выпечка хлеба.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Однойиз важнейшихтехнологическихопераций выпечкихлебобулочныхизделий являетсяпроцесс расстойкитестовых заготовок.Расстойка тестаявляетсяпредпоследнейстадией производства,на которойпроисходит окончательнаяподготовкатестовой заготовкик процессувыпечки.

Прирасстойкепротекаютбиохимические,микробиологические,коллоидныеи физическиепроцессы.

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф на ееповерхностиконденсируетсявлага и интенсифицируетсяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к тестовойзаготовке. Врезультатеэтого скоростьпрогрева ееповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовую заготовку,предотвращаетее от заветривания.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовой заготовки температурыточки росы.

Послеудаления диоксидауглерода врезультатеформированиятестовой заготовки,он опять начинаетпродуцироватьсяхлебопекарнымидрожжами. Вначале расстойкипроцесс газообразованияпротекаетдостаточноинтенсивно( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивления(см. рис. 2.1) до первогоэкстремума).Это можно объяснитьповышением активностидрожжевыхклеток в результатенасыщениятестовой заготовкикислородомвоздуха послеее разделкии частичнымудалениемпродуктовжизнедеятельностидрожжей. Прирасстойкеобразующийсядиоксид углеродазадерживаетсятестом, чтоприводит к увеличениюего объема исозданию пористойструктуры.

рис 2.1.

Через определенноевремя наблюдаетсяспад интенсивностигазообразования( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивленияпосле первогоэкстремумамаксимума). Этообъясняетсяугнетениемдрожжевыхклеток продуктамиих жизнедеятельности.В этот периодвремени доэкстремумаминимума скоростиизмененияэлектрическогосопротивленияпроисходитадаптациядрожжей к новымусловиямжизнедеятельности(полностьюанаэробным).После этогоинтенсивностьгазообразованияувеличивается.

рис 2.2

При поступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф, когдатемпературазаготовкименьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, происходитдостаточносильная конденсациявлаги на поверхноститестовой заготовки.Конденсациявлаги приводитк ускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки(участок а-б).Достижениеэкстремумамаксимума вточке “б”соответствуетнагреву поверхноститестовой заготовкидо температурыточки росыокружающейсреды. Конденсациявлаги предотвращаетзаветриваниеповерхностии образованиетрещин приувеличениитестовой заготовкив объеме. Болеетого, насыщениевлагой поверхностногослоя тестовойзаготовкиобеспечиваетзакупоркукапилляров,что блокируетвыделениедиоксида углеводаиз тестовойзаготовки иповышаетгазоудерживающуюспособностьтеста.

Замедлениепрогрева тестовойзаготовки научастке “б-в”связан с уносомтепла в процессеиспарения влагис поверхности.Процесс испаренияизбыточнойвлаги с поверхноститестовой заготовкисовпадает спроцессоминтенсивногоразрыхлениятестовой заготовкиобразующимсядиоксидомуглерода. Точка“в” - экстремумминимум отражаетмомент стабилизацииструктурытеста, определяемойвнутреннимдавлением СО₂,реологическимисвойствами,соотношениемсвободной исвязаннойвлаги. Точка“в” - экстремумминимум скоростиизмененияповерхностногослоя тестовойзаготовкиявляется моментомготовноститестовой заготовкик выпечке, таккак дальнейшеепродолжениерасстойкиприводит куплотнениюповерхностногослоя за счетувеличенияпластическойсоставляющейобщей деформациитеста и процессафлуктуациигазовыделения,за счет снижениягазоудерживающейспособноститеста. Процессуплотненияповерхностногослоя тестовойзаготовкиприводит кускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки,т.е. кривая скоростиизменениятемпературыповерхностногослоя начинаетрасти. Росткривой продолжаетсядо точки “г”,после прохождениякоторой начинаетсяпроцесс интенсивногогазовыделения,связанногос резким снижениемгазоудерживающейспособноститеста, вызваннойпептизациейбелков и увеличениемжидкой фазы.После чеготестовая заготовканачинает оседать.В этот периодтакже наблюдаетсяснижение прогреватестовой заготовки( участок “г-д”см. рис.). Выпечкахлеба в периодвремени, соответствующийучастку “в г”,приводит кполучению хлебахудшего качества,чем в моментвремени соответствующийточке “в” - экстремумминимум, а научастке “г-д”- приводит кполучениюбрака.

Конструкциярасстойногошкафа

Вверхней частирасстойногошкафа находитсяотсек, в которомрасположенасистема поддержаниятемпературно-влажностногорежима в камерерасстойногошкафа, включающаяв себя:

герметичнуюметаллическуюемкость дляводы;
нагревательныеэлементы (ТЭНы);
циркуляционныйвентилятор;
электроклапаныподачи воды;
фильтр поступающейводы;
сливной насос;
трубки системы подачи и сливаводы;
воздушныеканалы;
рабочие датчикивлажности,температурыи уровня воды;
датчики критическихзначений температурыи уровня воды;
выключателипитания иуправления;
задатчикитемпературыи влажности;
индикатортемпературы;
индикаторныелампы рабочихи аварийныхрежимов;
предохранителии автоматическиевыключатели;
электроннаясистема управления;
преобразовательчастоты;

Органы управлениярасстойнымшкафом и приборыиндикациинаходятся напанели управления,расположеннойв верхней частирасстойногошкафа.

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Важной с точкизрения конвекционнойтеплопередачиявляется скоростьобдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов. Онав большой степенивлияет на качество готового продукта.Поэтому в системеуправлениядолжна бытьпредусмотренавозможностьизмененияскорости обдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов путемрегулированияскорости вращенияприводногодвигателяциркуляционноговентилятора.

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Известно,что при нагреваниитела кинетическаяэнергия егомолекул возрастает.Частицы болеенагретой частитела, сталкиваясьпри своембеспорядочномдвижении ссоседнимичастицами,сообщают имчасть своейкинетическойэнергии. Этотпроцесс распространяетсяпо всему телу.То есть теплопроводностьпредставляетпроцесс распространенияэнергии междучастицами тела,находящимисядруг с другомв соприкосновениии имеющимиразличныетемпературы.Например, еслинагревать одинконец железногостержня, точерез некотороевремя температурадругого егоконца такжеповысится.Перенос теплотытеплопроводностьюзависит отфизическихсвойств тела,от его геометрическихразмеров, атакже от разноститемпературмежду различнымичастями тела.При определениипереноса теплотытеплопроводностьюв реальныхтелах встречаютсяизвестныетрудности,которые напрактике досих пор не решены.Эти трудностисостоят в том,что тепловыепроцессы развиваютсяв неоднороднойсреде, свойствакоторой зависятот температурыи изменяютсяпо объему; крометого, трудностивозникают сувеличениемсложностиконфигурациисистемы.

Второйвид переносатеплоты - конвекция- происходиттолько в газахи жидкостях.Этот вид переносаосуществляетсяпри перемещениии перемешиваниивсей массынеравномернонагретых жидкостиили газа. Конвекционныйперенос теплотыпроисходиттем интенсивнее,чем большескорость движенияжидкости илигаза, так какв этом случаеза единицувремени перемещаетсябольшее количествочастиц тела.В жидкостяхи газах переностеплоты конвекциейвсегда сопровождаетсятеплопроводностью,так как приэтом осуществляетсяи непосредственныйконтакт частицс различнойтемпературой.Одновременныйперенос теплотыконвекциейи теплопроводностьюназывают конвективнымтеплообменомобменом;он может бытьвынужденными свободным.Если движениерабочего телавызвано искусственно(вентилятором,компрессором,мешалкой идр.), то такойконвективныйтеплообменназывают вынужденным.Если же движениерабочего телавозникает подвлиянием разностиплотностейотдельныхчастей жидкостиот нагревания,то такой теплообменназывают свободным(естественным)конвективнымтеплообменом.

Прирасчете теплопередачиконвекциеймежду твердымтелом и газом(жидкостью)используютвыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґaґS,

гдеa - коэффициенттеплоотдачиот твердоготела к газу,

S - площадь поверхностиомываемоготвердого тела,

Т₂ и Т₁ - температурытела и газа.

При расчететеплопередачичерез плоскуюстенку используютследующеевыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґkґS,

где k - коэффициенттеплопередачи(характеризуетинтенсивностьтеплопередачиот одноготеплоносителяк другому черезразделяющуюих плоскуюстенку);

S - площадь поверхностистенки;

(Т₂ - Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Коэффициенттеплопередачирасчитываетсяпо формуле

где d - толщинастенки;

l - коэффициенттеплопроводностистенки;

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенки;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенки.

a_общ =a_кон +a_изл .

Для расчетатеплоты, необходимойдля нагревател, пользуютсяформулойтеплоемкости:

Q = c ґ m ґDТ,

где с - коэффициенттеплоемкоститела;

m - масса тела;

DТ - разностьначальной иконечной температуртела.

Модельподдержаниязаданной температуры

Вовремя работырасстойногошкафа в егокамере протекаютсложные теплообменныепроцессы.

Основнымисточникомтепла в расстойномшкафу являютсянагревательныеэлементы (ТЭНы),находящиесяв потоке воздуха,циркуляциякоторогообеспечиваетсяциркуляционнымнасосом. Подогретыйвоздух передаеттепловую энергиютестовым заготовкам,прогревая их.Одновременночасть энергиирасходуетсяна прогревтележек, а частьэнергии теряетсяза счет теплопередачичерез стенкирасстойногошкафа. При работесистемы поддержаниязаданной влажностивместе с паромв камеру расстойногошкафа такжепопадает энергия.Следовательно,уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа выглядитследующимобразом:

Q_возд= Q_тэн + Q_пара- Q_теста - Q_тел- Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/dt),

гдеc_возд - теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха;

с_п- теплоемкостьперегретогопара;

d_п- влагосодержаниевоздуха.

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа.

dT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

Откуда:

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= a_тэнґS_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеa_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов;

S_тэн- площадьповерхностиТЭНов;

Т_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн- теплоемкостьматериалаТЭНов;

m_тэн- масса ТЭНов.

В связи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна допустимуювеличину, системауправленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, вносимыйс паром, расчитываетсяпо формуле:

Q_пара= (Р_{тен вл} / r) ґh_п,

r- теплотапарообразованияводы;

h_п - удельнаяэнтальпиянасыщенногопара.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовкамии используемыйдля их прогрева,может бытьописан формулойконвективноготеплообмена:

Q_теста= a_тестаґ S_тестаґ (Т_возд- Т_теста),

где a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок;

S_теста- площадь поверхноститестовых заготовок;

Т_теста - температуратестовых заготовок,скорость изменениякоторой, с учетомтого, что прирасстойке втестовых заготовкахвыделяетсяэнергия Q_{теста выд},составляет:

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок;

m_теста- масса тестовыхзаготовок.

Аналогично,тепловой поток,получаемыйтележками ииспользуемыйдля их прогрева,также можетбыть описанформулойконвективноготеплообмена:

Q_тел= a_телґ S_телґ (Т_возд- Т_тел),

где a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек;

S_тел- площадь поверхноститележек;

Т_тел - температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек;

m_тел- масса тележек.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= k_cтґ S_стґ (Т_возд- Т_ос),

где k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки;

S_ст- площадь стеноккамеры расстойногошкафа;

Т_ос- температураокружающейсреды.

Следует учесть,что коэффициентытеплоотдачиконвекцией(a_тэн,a_теста,a_тел)и коэффициенттеплопередачиk_ст (такжезависящий откоэффициентовтеплоотдачиповерхностейстенок) в своюочередь зависятот многих факторов:от температурповерхностейи омывающейих среды, отскорости движенияпоследней, отее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости(в свою очередьтакже зависящихот температурысреды), от конфигурациии состоянияповерхностейи их геометрическихразмеров. Нахождениекоэффициентовтеплоотдачиконвекциейвозможно путемрешения системыдифференциальныхуравнений(Фурье-Кирхгофа,Навье-Стокса,сплошности(непрерывности),дифференциальногоуравнениятеплообмена,описывающегопроцесс теплоотдачина границахтела) с прибавлениемкраевых условий(геометрическиеусловия, характеризующиеформу и размерытела, в которомпротекаетпроцесс теплопередачи;физическиеусловия, характеризующиефизическиесвойства средыи тела; граничныеусловия, характеризующиепротеканиепроцессатеплопередачина границахтела; временныеусловия, характеризующиепротеканиепроцесса вовремени). Этовозможно лишьв некоторыхчастных случаяхпри использованииряда упрощений,причем полученныерешения невсегда согласуютсяс опытнымирезультатами.Поэтому изучениеконвективноготеплообменаразвивалось,как правило,экспериментальнымпутем. Однакочисто экспериментальноеизучение какого-либофизическогоявления имееттот недостаток,что его результатыимеют ограниченнуюценность, таккак применимылишь к частномуявлению. Эточрезвычайноусложняетэксперимент,заставляяопытным путемпроверитьзависимостьданного явленияот ряда факторов,а некоторыеявления зависятот многих переменных.На помощь вэтих случаяхприходит теорияподобия, позволяющаяв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты,распространитьих на целуюгруппу подобныхявлений. Подобныесистемы характеризуютсябезразмернымикомплексами,составленнымииз характеризующихявление величин,сохраняющимиодно и то жечисленноезначение. Такиевеличины носятназвание инвариантовили критериевподобия иобозначаютсясимволами,состоящимииз первых буквфамилий ученых,которые ихввели в употреблениеили вообщеработали вданной области.Для определениякритериевтепловогоподобия дляпередачи теплав движущейсясреде конвекцией используетсядифференциальноеуравнениетеплопроводностиФурье-Кирхгофасовместно сграничнымуравнениемтеплообмена.На основе уравненияподобия процессовопределяютсясоотношениямежду постояннымиподобия, и изкоторых путемподстановкиопределяютсякритерии тепловогоподобия:

Nu = a ґl / l - числоНуссельта.

Число Нуссельтахарактеризуетсобой условиятеплопередачимежду твердымтелом и средой,оно содержитв себе искомуювеличину -коэффициенттеплоотдачиa, коэффициенттеплопроводностисреды lи определяющийразмер l, характеризующийсобой геометрическоеподобие.

Ре = u ґl / a - число Пекле.

Число Пеклеобычно преобразуетсяи представляетсяв виде двухкритериев:

a = l / (c ґr ),

тоPr = c ґr ґn / l,

где с - теплоемкостьсреды;

r - плотностьсреды;

l - коэффициенттеплопроводностисреды.

Gr = bґgґl³ґDt/n²,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.

Число ГрасгофаGr характеризуетсвободноеконвективноедвижение среды.

Критериальноеуравнениетеплопередачиконвекциейстроится потипу:

Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Для газов одинаковойатомности и,в частности,для воздуха,когда Pr = const, будемиметь:

Nu = F ( Re , Gr ).

Nu = F ( Re ).

u_кр = 2200 ґn / d.

При работерасстойногошкафа в установившемсярежиме в немпроисходятпостоянныеколебаниятемпературыв установленныхпределах. Этообъясняетсяработой системыуправления.То есть не толькопри прогреве,но даже в установившемсярежиме коэффициентытеплоотдачиповерхностейТЭНов, тележеки стенок неявляются постояннымии не подлежатоднозначномуточному математическомуописанию.

Еще большуюпроблему представляетнахождениекоэффициентатеплоотдачиповерхностейтестовых заготовок.Это связанос тем, что припоступлениитестовых заготовокв расстойныйшкаф они прогреваютсязначительномедленнее, чемциркулирующаяв камере шкафапаровоздушнаясреда. Когдатемпературазаготовококазываетсяменьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, на ихповерхностиконденсируетсявлага, многократноувеличиваякоэффициенттеплоотдачии интенсифицируяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к поверхноститестовых заготовок,в результатечего скоростьпрогрева ихповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовые заготовки,также предотвращаетих от затвердеванияи от образованиятрещин приувеличениитестовых заготовок.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы (всвою очередьзависящей отпостоянноменяющихсятемпературыи влажностициркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха).Коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовокпри этом уменьшается,что влечет засобой уменьшениеинтенсивностиих прогрева.Таким образом,строгое математическоеописание коэффициентатеплоотдачиповерхноститестовых заготовокне представляетсявозможным.

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Относительнаявлажностьвоздуха в расстойномшкафу находитсяпо уравнению:

j_возд= r_п/ r_max,

гдеr_max- максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха приданной температуре;

гдеV_возд-объем циркулирующегов расстойномшкафу влажноговоздуха;

G_потерь - расходпара на конденсациюна стенкахкамеры расстойногошкафа и наповерхноститестовых заготовок;

G_пара - расходпара на увлажнениевоздуха в камерерасстойногошкафа:

G_пара = Р_тенвл / r ,

гдеr- теплотапарообразованияводы;

Максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха (r_max)зависит оттемпературыциркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха,а теплотапарообразованияводы (r) зависитот температурыводы. И еслипоследняя вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа практическинеизменна, тотемпературавоздуха меняетсяв заданномдиапазоне ив установившемсярежиме работырасстойногошкафа. А r_maxдовольно существеннозависит оттемпературывоздуха. Тоесть даже вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа r_maxбудет существенноменяться и этиизменения неописываютсяс большой точностьюматематически.

Потери парана конденсацию(G_потерь) происходятне всегда, атолько приусловии, что внутренняяповерхностьстенок камерырасстойногошкафа или поверхностьтестовых заготовокимеют температуруменьшую, чемтемператураточки росы (t_р)при данныхусловиях.

Конденсациюпара на стенкахможно практическипредотвратитьсделав достаточнойтеплоизоляциюстенок расстойногошкафа. Напротив,конденсацияпара на поверхноститестовых заготовокявляется неотъемлемойчастью технологическогопроцесса расстойкитестовых заготовок,напрямую влияющейна качествоготовой продукции,и происходитв первой половинепроцесса расстойки,до моментадостиженияповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы. Всвою очередь,температураточки росызависит отвлажности итемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа. Такимобразом, математическоеописание потерьпара на конденсациюне представляетсявозможным.

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

Вформулахконвекционнойтеплопередачиприсутствуюткоэффициентытеплоотдачиa. Как былопоказано ранее,коэффициентытеплоотдачизависят отмногих факторов:от температурповерхностии омывающейее среды, скоростидвижения последней,ее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости,от конфигурациии состоянияповерхностии омывающейее среды. В связис невозможностьюматематическогоописания данныхкоэффициентов,для их нахожденияпользуютсяэкспериментальнымиданными, широкоиспользуятеорию подобия,позволяющуюв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты.Но используемыедля нахождениякоэффициентовтеплоотдачикритериальныеуравнениясодержат критерииподобия (Nu, Pe, Re, Pr,Gr), которые зависятот многих параметровповерхностейи омывающейих среды, некоторыеиз которыхзависят оттемпературысреды и от разностимежду ней итемпературомываемых еюповерхностей.Данные зависимостине описаныматематически.Конденсациявлаги на поверхноститестовых заготовокв процессе ихрасстойки ещебольше затрудняетточное нахождениекоэффициентатеплоотдачиих поверхности.

Конденсациявлаги на поверхноститестовых заготовок,а также на внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа приводитк уменьшениюабсолютнойи относительнойвлажности вкамере расстойногошкафа. Дляподдержаниязаданнойотносительнойвлажностивоздуха применяетсяиспарение воды,контролируемоепроектируемойсистемой управления.Но вместе спаром в камерурасстойногошкафа попадаетдополнительнаяэнергия. Конденсациювлаги на внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа можносвести к минимумупутем их лучшейтеплоизоляции.Так как найтиточное количествоконденсируемойна поверхноститестовых заготовоквлаги не представляетсявозможным, тоточное количествоиспаряемойводы и зависящееот него количествовносимой спаром энергиине поддаетсяматематическомуописанию. Следуетучесть, чтоконденсациявлаги на поверхноститестовых заготовокпроисходиттолько в период.пока температураповерхноститестовых заготовокне достигнеттемпературыточки росы дляданных параметровсреды, то естьв первой половинеоперации расстойки.Далее конденсацияпрекращается,и необходимостьв испаренииводы для увлажнениявоздуха в расстойномшкафу отпадает.

Такжене являетсяматематическиописуемым икоэффициенттеплоемкостивлажного воздуха(с_возд), зависящийот его температурыи влажности.

Такимобразом, длярасчета термодинамическихпроцессов вкамере расстойногошкафа и анализаработы проектируемойсистемы управленияна ЭВМ необходимопринять мерыпо обеспечениювозможностиданного расчета,так как расчетна ЭВМ по полнойматематическоймодели непредставляетсявозможным.

В связи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданнойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблагодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногерметичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Распишемвсе составляющиеэтого уравнения.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :

с_в = 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иотносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа, притемпературе40°С иотносительнойвлажности 75%:

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2,5 м³;

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2,5 = 2,775 кг;

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,008 м - диаметрТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,008 = 0,0503 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,008 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,008 / 16,96ґ10^-6= 2358,5

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 2358,5^0,6= 25,13 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 25,13 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,008 = 86,7 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 86,7 ґ0,0503 = 4,358 Вт/гр

Q_тэн= 4,358 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2500 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе 6

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,008 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,008)² / 4 = 0,714 кг.

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 3ґ10ґ0,45ґ0,66= 9 м²;

a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок,расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ9 = 223,2 Вт/гр

Q_теста= 223,2 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеТ_теста- температуратестовых заготовок,скорость изменениякоторой, с учетомтого, что прирасстойке втестовых заготовкахвыделяетсяэнергия Q_{теста выд},составляет:

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=180шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:

m_теста= 180 ґ 0,46 = 82,8 кг,

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_тел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 3 ґ (10ґ0,45ґ0,66+ 4ґ4ґ0,02ґ1,8)= 10,5 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:Re= u ґl_тел / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_тел= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ10,5 = 63 Вт/гр

иQ_тел = 63 ґ(Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 75 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,8+0,7)+1,8ґ0,7)ґ2= 11,77 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина сталистенок расстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

Общие коэффициентытеплоотдачиметодическиоцениваютсяодинаково - каксумма коэффициентовтеплоотдачиконвекцией(a_кон)и излучением(a_изл),

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ h_ст ,

где l -коэффициенттеплопроводностивоздуха;

h_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициентподобия Нуссельта:

Для омываниягазами вертикальныхповерхностей:

Nu = 0,15ґ(Gr_воздґPr_возд)^1/3,

где Pr - числоПрандтляхарактеризуетсобой свойствасреды;

Gr = bґgґh_ст³ґDt/n²- число Грасгофа,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.Для газов можнопринять:

b = 1/T;

n- коэффициенткинематическойвязкости среды.

вторая составляющаяобщего коэффициентатеплоотдачи:

где e_ст- степень чернотыстенок:

e_ст = 0,9;

Т_ст - температурастенок, °С;

d_ст -постояннаяСтефана-Больцмана:

d_ст = 5,67Вт/(м₂ґК⁴).

Исходяиз того, чтотемпературана внутреннейи внешней поверхностистенок расстойногошкафа являетсянеизвестнойвеличиной,принимаем впервом приближении:

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²ґгр);

Тогдакоэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ґ( 40 - 20 ) ґ 11,77 = 470,8Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Вовтором приближении:

Длявнутреннейповерхностистенок:

Pr₁= 0,699 (при T = 40 °С)

Учитывая,что при T = 40°С

n_возд= 16,96ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15ґ(Gr₁ґPr₁)^1/3=0,15ґ(2,7596ґ10⁹ґ0,699)^1/3=186,724

Откуда,учитывая, чтопри T = 40°С

l_возд= 2,756ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон1= Nu₁ґl_возд/h_ст=186,724ґ2,76ґ10^-2/1,85= 2,79 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²ґгр).

Аналогично,для внешнейповерхностистенок расстойногошкафа:

Pr₁= 0,703 (при T = 20 °С)

Учитывая,что при T = 20°С

n_возд= 15,06ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15ґ(Gr₂ґPr₂)^1/3=0,15ґ(3,7388ґ10⁹ґ0,703)^1/3=207

Откуда,учитывая, чтопри T = 20°С

l_возд= 2,59ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон2= Nu₂ґl_возд/h_ст=207ґ2,59ґ10^-2/1,85= 2,898 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₂= a_кон2+ a_изл2= 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²ґгр).

Коэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа во второмприближениисоставит:

откудапотери теплотычерез стенкирасстойногошкафа:

Q_ст = 1,87 ґ( 40 - 20 ) ґ 11,77 = 440,2Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Степеньрасхождениямежду первыми вторым приближениямидля каждой изэтих температур:

d_т’= 100 ґ ( 36 - 35,8 )/ 36 =0,6%;

d_т’= 100 ґ ( 24,6 - 24 )/ 24 =2,6%.

Этодопустимо. Вэтой связирезультатывторого приближенияпринимаем заокончательные.

Дляних выполнимпроверку наналичие илиотсутствиеконденсациипара из парогазовойсреды на внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа. Во избежаниенежелательнойконденсациипара необходимо,чтобы температурана внутреннейповерхностистенок Т’_cтпревышалатемпературуточки росы Т_р:

Т’_cт>Т_р.

Для оптимальных(расчетныхпараметров)расстойки -температурыпарогазовойсреды 40 °Си относительнойвлажности 75%,согласно даннымтаблиц, температураточки росы

Т_р = 34,5°С.

Отсюдаследует, чтов нашем случаеконденсацияпара на внутреннейповерхностистенок в установившемсярежиме работырасстойногошкафа отсутствует.

Окончательнаяформула потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа, с учетомтого что

К_ст= k_cтґ S_ст= 1,87 ґ 11,77 = 22 Вт/гр,

запишетсякак

Q_ст= 22 ґ (Т_возд- Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

Системадифференциальныхуравнений

Такимобразом, длямоделированияработы системыуправлениярасстойнымшкафом необходиморешить системудифференциальныхуравнений:

DT= T_зад - T_возд- сигнал рассогласования;

;

Q_тэн= 4,358 ґ (Т_тэн- Т_возд);

dT_тэн/dt= (2500 - Q_тэн)/(470 ґ0,714);

Q_теста= 223,2 ґ (Т_возд- Т_теста);

dT_теста/dt= (Q_теста + 150)/( 3000 ґ180);

Q_тел= 63 ґ (Т_возд- Т_тел);

dT_тел/dt= Q_тел / (500 ґ75);

Q_ст= 22 ґ (Т_возд- Т_ос);

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст;

dT_возд/dt= Q_возд /(1079ґ2,775).

Расчет и идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

Длярасчета термодинамическихпроцессовпроисходящихв камере расстойногошкафа при расстойкетестовых заготовок,а также длявыбора параметровСУ обеспечивающихзаданный режим,была разработанапрограмма дляЭВМ, моделирующаяработу системыуправлениярасстойнымшкафом. Блок-схемаданной программыприведена начертеже, а текстпрограммыприведен вПриложении1. По результатомработы программыбыли построеныпереходныйпроцесс и фазовыйпортрет (см. рис.4.1,рис.4.2 и графики).При этом мощностьТЭНов и допускна отклонениетемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа от заданногозначения быливыбраны исходяиз результатовисследований,изложенныхв разделе 6.Из графикапереходногопроцесса видно,что, после выходав установившийсярежим, температурациркулирующегов камере расстойногошкафа воздухаподдерживаетсяна заданномуровне, не выходяза пределызаданногодопуска, атемператураповерхноститестовых заготовокдостигаетзаданной кокончаниювремени расстойки.Это говорито правильностирасчетов иверности выборапараметровСУ.

Также былапроведенаидентификацияразработанноймодели СУ расстойногошкафа с работающимобразцом. Отклоненияпараметровработы моделиот образцаоказалисьнебольшими,что указываетна правильныйвыбор допущенийи упрощений,сделанных впроцессе разработкиданной модели.

Делаемвывод, что упрощеннаяматематическаямодель можетбыть с успехомиспользованадля расчетапараметровработы расстойногошкафа и егосистемы управления.

рис4.1

рис.4.2

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

В связи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданнойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблагодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногерметичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Распишемвсе составляющиеэтого уравнения.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :

с_в = 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иотносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2 м³;

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2 = 2,22 кг;

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,006 = 0,0377 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,006 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,006 / 16,96ґ10^-6= 1769,

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 1769^0,6 =21,15 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 21,15 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,006 = 97 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 97 ґ0,0377 = 3,6568 Вт/гр

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2000 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе 6

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,006)² / 4 = 0,4 кг,

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 2ґ10ґ0,45ґ0,66= 6 м²;

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ6 = 148,8 Вт/гр

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=120шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:

m_теста= 120 ґ 0,46 = 55,2 кг,

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_тел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 2 ґ (10ґ0,45ґ0,66+ 4ґ4ґ0,02ґ1,8)= 7 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:Re= u ґl_тел / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_тел= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ7 = 42 Вт/гр

иQ_тел = 42 ґ(Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 50 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,4+0,7)+1,4ґ0,7)ґ2= 9,73 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина сталистенок расстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ h_ст ,

где l -коэффициенттеплопроводностивоздуха;

h_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициентподобия Нуссельта:

Для омываниягазами вертикальныхповерхностей:

Nu = 0,15ґ(Gr_воздґPr_возд)^1/3,

где Pr - числоПрандтляхарактеризуетсобой свойствасреды;

Gr = bґgґh_ст³ґDt/n²- число Грасгофа,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.Для газов можнопринять:

b = 1/T;

n- коэффициенткинематическойвязкости среды.

вторая составляющаяобщего коэффициентатеплоотдачи:

где e_ст- степень чернотыстенок:

e_ст = 0,9;

Т_ст - температурастенок, °С;

d_ст -постояннаяСтефана-Больцмана:

d_ст = 5,67Вт/(м₂ґК⁴).

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²ґгр);

Тогдакоэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 390 Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Вовтором приближении:

Длявнутреннейповерхностистенок:

Pr₁= 0,699 (при T = 40 °С)

Учитывая,что при T = 40°С

n_возд= 16,96ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15ґ(Gr₁ґPr₁)^1/3=0,15ґ(2,7596ґ10⁹ґ0,699)^1/3=186,724

Откуда,учитывая, чтопри T = 40°С

l_возд= 2,756ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон1= Nu₁ґl_возд/h_ст=186,724ґ2,76ґ10^-2/1,85= 2,79 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²ґгр).

Аналогично,для внешнейповерхностистенок расстойногошкафа:

Pr₁= 0,703 (при T = 20 °С)

Учитывая,что при T = 20°С

n_возд= 15,06ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15ґ(Gr₂ґPr₂)^1/3=0,15ґ(3,7388ґ10⁹ґ0,703)^1/3=207

Откуда,учитывая, чтопри T = 20°С

l_возд= 2,59ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон2= Nu₂ґl_возд/h_ст=207ґ2,59ґ10^-2/1,85= 2,898 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₂= a_кон2+ a_изл2= 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²ґгр).

Коэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа во второмприближениисоставит:

откудапотери теплотычерез стенкирасстойногошкафа:

Q_ст = 1,87 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 363,8Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Степеньрасхождениямежду первыми вторым приближениямидля каждой изэтих температур:

d_т’= 100 ґ ( 36 - 35,8 )/ 36 =0,6%;

d_т’= 100 ґ ( 24,6 - 24 )/ 24 =2,5%.

Этодопустимо. Вэтой связирезультатывторого приближенияпринимаем заокончательные.

Т’_cт>Т_р.

Т_р = 34,5°С.

Окончательнаяформула потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа, с учетомтого что

К_ст= k_cтґ S_ст= 1,87 ґ 9,73 = 18,2 Вт/гр,

запишетсякак

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

Системадифференциальныхуравнений

DT= T_зад - T_возд- сигнал рассогласования;

;

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд);

dT_тэн/dt= (2000 - Q_тэн)/(470 ґ0,4);

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста);

dT_теста/dt= (Q_теста + 100)/( 3000 ґ120);

Q_тел= 42 ґ (Т_возд- Т_тел);

dT_тел/dt= Q_тел / (500 ґ50);

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос);

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст;

dT_возд/dt= Q_возд /(1079ґ2,22).

Расчет и идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

рис4.1

рис.4.2

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

Всвязи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданнойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблагодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногерметичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Распишемвсе составляющиеэтого уравнения.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :с_в= 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иотносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2 м³;(Лен)

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2 = 2,22 кг;(Лен)

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн - длинаТЭНов;

d_тэн-диаметр ТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,006 = 0,0377 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,006 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,006 / 16,96ґ10^-6= 1769,

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 1769^0,6 =21,15 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 21,15 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,006 = 97 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 97 ґ0,0377 = 3,6568 Вт/гр

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2000 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе 6

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,006)² / 4 = 0,4 кг,

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 2ґ10ґ0,45ґ0,66= 6 м²;

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ6 = 148,8 Вт/гр

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=120шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:m_теста= 120 ґ 0,46 = 55,2 кг,

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_тел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 2ґ2ґ10ґ0,45ґ0,66+ 2ґ4ґ4ґ0,02ґ1,8= 7 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:Re= u ґl_тел / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_тел= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ7 = 42 Вт/гр

иQ_тел = 42 ґ(Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 50 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,4+0,7)+1,4ґ0,7)ґ2= 9,73 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина сталистенок расстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ h_ст ,

где l -коэффициенттеплопроводностивоздуха;

h_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициентподобия Нуссельта:

Для омываниягазами вертикальныхповерхностей:

Nu = 0,15ґ(Gr_воздґPr_возд)^1/3,

где Pr - числоПрандтляхарактеризуетсобой свойствасреды;

Gr = bґgґh_ст³ґDt/n²- число Грасгофа,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.Для газов можнопринять:

b = 1/T;

n- коэффициенткинематическойвязкости среды.

вторая составляющаяобщего коэффициентатеплоотдачи:

где e_ст- степень чернотыстенок:

e_ст = 0,9;

Т_ст - температурастенок, °С;

d_ст -постояннаяСтефана-Больцмана:

d_ст = 5,67Вт/(м₂ґК⁴).

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²ґгр);

Тогдакоэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 390 Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Вовтором приближении:

Длявнутреннейповерхностистенок:

Pr₁= 0,699 (при T = 40 °С)

Учитывая,что при T = 40°С

n_возд= 16,96ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15ґ(Gr₁ґPr₁)^1/3=0,15ґ(2,7596ґ10⁹ґ0,699)^1/3=186,724

Откуда,учитывая, чтопри T = 40°С

l_возд= 2,756ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон1= Nu₁ґl_возд/h_ст=186,724ґ2,76ґ10^-2/1,85= 2,79 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²ґгр).

Аналогично,для внешнейповерхностистенок расстойногошкафа:

Pr₁= 0,703 (при T = 20 °С)

Учитывая,что при T = 20°С

n_возд= 15,06ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15ґ(Gr₂ґPr₂)^1/3=0,15ґ(3,7388ґ10⁹ґ0,703)^1/3=207

Откуда,учитывая, чтопри T = 20°С

l_возд= 2,59ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон2= Nu₂ґl_возд/h_ст=207ґ2,59ґ10^-2/1,85= 2,898 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²ґгр).

Коэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа во второмприближениисоставит:

откудапотери теплотычерез стенкирасстойногошкафа:

Q_ст = 1,87 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 363,8Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Степень расхождениямежду первыми вторым приближениямидля каждой изэтих температур:

d_т’= 100 ґ ( 36 - 35,8 )/ 36 =0,6%;

d_т’= 100 ґ ( 24,6 - 24 )/ 24 =2,5%.

Этодопустимо. Вэтой связирезультатывторого приближенияпринимаем заокончательные.

Т’_cт>Т_р.

Т_р = 34,5°С.

Окончательнаяформула потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа, с учетомтого что

К_ст= k_cтґ S_ст= 1,87 ґ 9,73 = 18,2 Вт/гр,

запишетсякак

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

Системадифференциальныхуравнений

DT= T_зад - T_возд;

;

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд);

dT_тэн/dt= (2000 - Q_тэн)/(470 ґ0,4);

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста);

dT_теста/dt= (Q_теста + 100)/( 3000 ґ120);

Q_тел= 42 ґ (Т_возд- Т_тел);

dT_тел/dt= Q_тел / (500 ґ50);

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос);

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст;

dT_возд/dt= Q_возд /(1079ґ2,22).

Расчети идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

Длярасчета термодинамическихпроцессовпроисходящихв камере расстойногошкафа при расстойкетестовых заготовок,а также длявыбора параметровСУ обеспечивающихзаданный режим,была разработанапрограмма дляЭВМ, моделирующаяработу системыуправлениярасстойнымшкафом. Блок-схемаданной программыприведена начертеже, а текстпрограммыприведен вПриложении1. По результатомработы программыбыли построеныпереходныйпроцесс и фазовыйпортрет (см.графики). Приэтом мощностьТЭНов и допускна отклонениетемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа от заданногозначения быливыбраны исходяиз результатовисследований,изложенныхв разделе 6. Изграфика переходногопроцесса видно,что, после выходав установившийсярежим, температурациркулирующегов камере расстойногошкафа воздухаподдерживаетсяна заданномуровне, не выходяза пределызаданногодопуска, атемператураповерхноститестовых заготовокдостигаетзаданной кокончаниювремени расстойки.Это говорито правильностирасчетов иверности выборапараметровСУ.

Такжебыла проведенаидентификацияразработанноймодели СУ расстойногошкафа с работающимобразцом. Отклоненияпараметровработы моделиот образцаоказалисьнебольшими,что указываетна правильныйвыбор допущенийи упрощений,сделанных впроцессе разработкиданной модели.

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Исходяиз требований,предъявляемыхк системе управлениярасстойнымшкафом, входящимв состав минипекарни,в данном дипломебыла выбранаследующаяконструкцияСУ, представленнаяна чертежах.

Всостав даннойсистемы управлениявходят следующиеэлементы:

Блок подогреваи увлажненияциркулирующеговоздуха
1. Конструктивныеэлементы
  1. Герметичнаяметаллическаяемкость ;
  2. Верхняя крышка;
  3. Крышка ТЭНов;
  4. Крышка датчиковуровня воды;
2. Нагревательныеэлементы (ТЭНы)
  1. ТЭН подогревавоздуха;
  2. ТЭН подогреваводы;
3. Элементы системподачи и сливаводы
  1. Фильтр поступающейводы;
  2. Электроклапанподачи воды;
  3. Электроклапанподачи водыдля очисткиот накипи;
  4. Наливные исливные трубопроводы;
  5. Сливной насос;
4. Элементы системыциркуляциивлажного воздуха
  1. Циркуляционныйвентилятор;
  2. Приводноймотор циркуляционноговентилятора(асинхронныйтрехфазныйдвигатель);
  3. Воздуховод;
5. Датчики
  1. Датчик температурыциркулирующеговоздуха;
  2. Датчик относительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
  3. Датчик предельнодопустимойтемпературыТЭНов;
  4. Датчики уровняводы
    1. Датчик максимальногоуровня воды;
    2. Датчик минимальногоуровня воды,при которомначинаетсяее доливка;
    3. Датчик опасного,вследствиеоголения ТЭНовподдержаниявлажности,уровня воды;
Блок электроннойсистемы автоматическогоуправления
1. Автоматическийотключатель;
2. Предохранители;
3. Преобразовательчастоты;
4. Система автоматическогоуправления;
5. Реле включенияТЭНов
  1. Реле включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  2. Реле включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
6. Трансформатордля питаниямотора сливногонасоса;
7. Задатчики
  1. Задатчик скоростивращенияциркуляционноговентилятора;
  2. Задатчик допускаподдерживаемойтемпературы;
8. Разъемы
  1. Разъем питания;
  2. Разъем датчиков;
  3. Разъем панелиуправления;
  4. Разъем сервисный,служащий дляналадки, контроляи поиска неисправностив системеуправлениярасстойнымшкафом;
Панель управления
1. Выключатели
  1. Выключательпитания;
  2. Выключательуправления;
2. Задатчики
  1. Здатчик температуры;
  2. Задатчиквлажности;
3. Индикатортемпературы;
4. Индикаторныелампы
  1. Лампа включенияпитания;
  2. Лампа возникновениянеисправности;
  3. Лампа включениясливного насоса;
  4. Лампа включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  5. Лампа включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

Привключениивыключателяпитания СУрасстойнымшкафом запускаетмотор циркуляционноговентилятора,который обеспечиваетциркуляциювоздуха в камерерасстойногошкафа. При этомна панели управлениязагораетсялампа включенияпитания. Скоростьвращения моторациркуляционноговентилятора,влияющая наскорость циркуляциивоздуха, задаетсяс помощью задатчикаскоростициркуляционноговентилятораи поддерживаетсяс помощьюпреобразователячастоты. Одновременнопроисходитслив воды изблока подогреваи увлажненияциркулирующеговоздуха с последующимнабором новойводы и переходомв режим очисткиТЭНов поддержаниявлажности отнакипи, путемих кратковременноговключения снепрекращающимсясливом и наборомводы. Во времяэтой операциина панели управлениягорит лампаСлив/Очистка.

ПривключениивыключателяуправленияСУ переходитв режим поддержаниятемпературыи относительнойвлажности,заданных задатчикамитемпературыи влажности.

Принедостаточнойтемпературециркулирующеговоздуха в камерерасстойногошкафа системауправлениявыдает сигнална включениеТЭНов поддержаниятемпературы,которые, находясьв потоке циркулирующеговоздуха, нагреваютего, а он, в своюочередь, передаетэнергию тестовымзаготовкам,расположеннымна тележкахв камере расстойногошкафа. О работеТЭНов поддержаниятемпературывоздуха информируетсоответствующаялампа на панелиприборов, горящаяпри включенныхТЭНах. При превышениитемпературыциркулирующеговоздуха заданнойс помощью задатчикатемпературына панели управленияна величинудопуска, установленногозадатчикомдопуска наподдерживаемуютемпературу,система управлениявыдает сигнална отключениеТЭНов поддержаниятемпературы.Циркулирующийв камере расстойногошкафа воздухза счет потерьэнергии черезстенки и напрогрев тестовыхзаготовок итележек начинаетохлаждаться.При пониженииего температурыдо нижнегозначения допуска,система управлениявыдает сигнална включениеТЭНов подогревавоздуха. Такимобразом обеспечиваетсяподдержаниезаданной температурыциркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха.

Поддержаниеотносительнойвлажностициркулирующегов камере расстойногошкафа воздухапроисходитаналогично.При недостаточнойвлажностисистема управлениявыдает сигнална включениеТЭНов поддержаниявлажности,которые, находясьв воде, нагреваютее. При этомиспарившаясячасть воды идетна увлажнениециркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха.При достижениизаданной спомощью задатчикаотносительнойвлажности напанели управлениявлажностивоздуха системауправлениявыдает сигнална отключение,а при ее понижении(за счет конденсации)на величинудопуска - навключение ТЭНовподдержаниявлажности. Оработе ТЭНовподдержанияотносительнойвлажностивоздуха в камерерасстойногошкафа информируетсоответствующаялампа на панелиприборов, горящаяпри включенныхТЭНах. Уровеньводы в блокеувлажненияи нагреваподдерживаетсяавтоматически.

Системауправленияобеспечиваетбезопасностьработы расстойногошкафа. Дляпредотвращенияпоследствийкоротких замыканийэлектрическиецепи питанияснабженыавтоматическимиотключателямии предохранителями.Для предотвращенияпораженияобслуживающегоперсоналапекарни электротокомвыполненозащитное зануление.Для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниятемпературыпредусмотрендатчик допустимойтемпературыданных ТЭНов,а для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниявлажностипредусмотрендатчик контроляминимальнодопустимогоуровня водыв блоке подогреваи увлажнения.При любойнеисправностисистема управленияотключает всеработающиеустройстваи подает сигналпутем зажиганияна панели управлениялампы неисправности.

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

МощностьТЭНов в системеуправлениярасстойнымшкафом должнаудовлетворятьследующимусловиям:

Должен бытьобеспеченбыстрый выходв установившийсярежим работырасстойногошкафа;
Периодичностьциклов включения-выключенияТЭНов не должнабыть оченьвысокой и слишкомнизкой;
Допустимаятемпературанагрева ТЭНовне должнапревышаться.

Путемперебора несколькихзначений мощностиТЭНов поддержаниятемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа и последующегорасчета переходногопроцесса спомощью программы(см. Приложение1) было выяснено,что оптимальнойдля данногообъема камерырасстойногошкафа и заданногодопуска наотклонениеподдерживаемойтемпературыявляется мощностьТЭНов, равная

P_тэн =2000 Вт.

Притакой мощностиТЭНов поддержаниятемпературывоздуха процессвыхода в установившеесясостояниезанимает примерно15 минут, периодичностьциклов включения выключениясоставляетоколо 2-х минут,а перегревТЭНов вышемаксимальнодопустимойтемпературыне происходит.

Выбормощности ТЭНовподдержаниявлажностивоздуха в камерерасстойногошкафа произведемиз условия, чтонагрев испаряемойводы с температурыначала расстойкидо температурыкипения долженпроисходитьне более чемза 5ё10 минс начала процедурырасстойки:

T_тэнвл = c_водыґm_водыґ(100 - T₁)/t,

гдеc_воды - теплоемкостьводы:

c_воды= 4200 Дж/(кгґгр);

m_воды- масса воды вблоке увлажненияи подогрева:

m_воды= 5 кг;

T₁- температураводы в началерасстойки:

T₁= 20°С.

Тогда:

T_тэнвл = 4200 ґ5 ґ (100 - 20)/ 450 = 3733Вт.

ВыбираемT_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Примоделированиипроцессов врасстойномшкафу быловыяснено, чтонеобходимовыбирать допускна отклонениеподдерживаемойтемпературыот заданной,по границамкоторого системауправлениявключает ивыключает ТЭНы,меньше чемданный в задании.Это связанос тем, что приподдержаниитемпературыв камере расстойногошкафа присутствуютбольшие запаздывания,вызванныехарактероммоделируемогообъекта. Порезультатаммоделированияс различнымидопусками наотклонениетемпературыстало ясно, чтооптимальнымдля данногослучая являетсядопуск на отклонениеподдерживаемойтемпературыв 2 раза болеестрогий, чемданный в задании.Такой допускобеспечиваетневыход температурыза допустимыепределы и, в тоже время, неделает слишкомкоротким циклвключения-выключенияТЭНов, чтоположительносказываетсяна их ресурсеи ресурсе включающихих реле.

Расчет циркуляционноговентилятора

Подборциркуляционноговентилятораосуществляетсяпо его объемнойпроизводительности(V_цир) и напору(Н_цир).

Объемнаяпроизводительностьрасчитываетсяпо формуле:

V_цир= u_воздґ f_шк/ 2 ,

гдеu_возд- скорость движениявоздуха в камерерасстойногошкафа:

u_возд=0,4 м/c

f_шк - площадьживого сечениякамеры расстойногошкафа:

f_шк = 1 м²,

тогда

V_цир = 0,4 ґ1 / 2 = 0,2 м³/c.

Напор определяетсяпутем аэродинамическогорасчета газовоготракта циркулирующейсреды по формуле:

Н_цир = 1,2 ґе DP,

где DP - основныеместные сопротивления:

DP = xґ u_возд²ґ r_возд,

где x -коэффициентместногосопротивления;

r - плотностьциркулирующеговоздуха.

Расчет местныхсопротивленийприведен втаблице 6.1

Таблица 6.1

Расчет местныхсопротивлений

Номер участка	r_возд,кг/м³	u_возд,м/с	x	DP, Па
1	1.11	10	0.5	55.5
2	1.11	10	2.5	277.5
3	1.11	5	0.25	6.94
4	1.08	5	1.15	31.05
5	1.08	20	0.42	181.44
6	1.08	30	0.47	456.84
7	1.08	30	1.15	1117.8
8	1.08	30	1	972
9	1.11	0.4	2.3	0.41
Итого:				3099

Откуда:

Н_цир = 1,2 ґ3099 = 3719 Па.

Этот напор приобъемнойпроизводительности

V_цир = 0,2 м³/c

может обеспечитьцентробежныйвентиляторс приводныммотором мощностью:

N_эл = V_цирґН_цир / h_цир,

где h_цир- КПД приводногодвигателяциркуляционноговентилятора:h_цир=0,75.

Тогда:N_эл = 0,2ґ 3719 / 0,7 = 1000 Вт.

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Всостав даннойсистемы управлениявходят следующиеэлементы:

Блок подогреваи увлажненияциркулирующеговоздуха
1. Конструктивныеэлементы
  1. Герметичнаяметаллическаяемкость ;
  2. Верхняя крышка;
  3. Крышка ТЭНов;
  4. Крышка датчиковуровня воды;
2. Нагревательныеэлементы (ТЭНы)
  1. ТЭН подогревавоздуха;
  2. ТЭН подогреваводы;
3. Элементы системподачи и сливаводы
  1. Фильтр поступающейводы;
  2. Электроклапанподачи воды;
  3. Электроклапанподачи водыдля очисткиот накипи;
  4. Наливные исливные трубопроводы;
  5. Сливной насос;
4. Элементы системыциркуляциивлажного воздуха
  1. Циркуляционныйвентилятор;
  2. Приводноймотор циркуляционноговентилятора(асинхронныйтрехфазныйдвигатель);
  3. Воздуховод;
5. Датчики
  1. Датчик температурыциркулирующеговоздуха;
  2. Датчик относительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
  3. Датчик предельнодопустимойтемпературыТЭНов;
  4. Датчики уровняводы
    1. Датчик максимальногоуровня воды;
    2. Датчик минимальногоуровня воды,при которомначинаетсяее доливка;
    3. Датчик опасного,вследствиеоголения ТЭНовподдержаниявлажности,уровня воды;
Блок электроннойсистемы автоматическогоуправления
1. Автоматическийотключатель;
2. Предохранители;
3. Преобразовательчастоты;
4. Система автоматическогоуправления;
5. Реле включенияТЭНов
  1. Реле включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  2. Реле включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
6. Трансформатордля питаниямотора сливногонасоса;
7. Задатчики
  1. Задатчик скоростивращенияциркуляционноговентилятора;
  2. Задатчик допускаподдерживаемойтемпературы;
8. Разъемы
  1. Разъем питания;
  2. Разъем датчиков;
  3. Разъем панелиуправления;
  4. Разъем сервисный,служащий дляналадки, контроляи поиска неисправностив системеуправлениярасстойнымшкафом;
Панель управления
1. Выключатели
  1. Выключательпитания;
  2. Выключательуправления;
2. Задатчики
  1. Здатчик температуры;
  2. Задатчиквлажности;
3. Индикатортемпературы;
4. Индикаторныелампы
  1. Лампа включенияпитания;
  2. Лампа возникновениянеисправности;
  3. Лампа включениясливного насоса;
  4. Лампа включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  5. Лампа включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

Система управленияобеспечиваетбезопасностьработы расстойногошкафа. Дляпредотвращенияпоследствийкоротких замыканийэлектрическиецепи питанияснабженыавтоматическимиотключателямии предохранителями.Для предотвращенияпораженияобслуживающегоперсоналапекарни электротокомвыполненозащитное зануление.Для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниятемпературыпредусмотрендатчик допустимойтемпературыданных ТЭНов,а для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниявлажностипредусмотрендатчик контроляминимальнодопустимогоуровня водыв блоке подогреваи увлажнения.При любойнеисправностисистема управленияотключает всеработающиеустройстваи подает сигналпутем зажиганияна панели управлениялампы неисправности.

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Всостав даннойсистемы управлениявходят следующиеэлементы:

Блок подогреваи увлажненияциркулирующеговоздуха
1. Конструктивныеэлементы
  1. Герметичнаяметаллическаяемкость ;
  2. Верхняя крышка;
  3. Крышка ТЭНов;
  4. Крышка датчиковуровня воды;
2. Нагревательныеэлементы (ТЭНы)
  1. ТЭН подогревавоздуха;
  2. ТЭН подогреваводы;
3. Элементы системподачи и сливаводы
  1. Фильтр поступающейводы;
  2. Электроклапанподачи воды;
  3. Электроклапанподачи водыдля очисткиот накипи;
  4. Наливные исливные трубопроводы;
  5. Сливной насос;
4. Элементы системыциркуляциивлажного воздуха
  1. Циркуляционныйвентилятор;
  2. Приводноймотор циркуляционноговентилятора(асинхронныйтрехфазныйдвигатель);
  3. Воздуховод;
5. Датчики
  1. Датчик температурыциркулирующеговоздуха;
  2. Датчик относительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
  3. Датчик предельнодопустимойтемпературыТЭНов;
  4. Датчики уровняводы
    1. Датчик максимальногоуровня воды;
    2. Датчик минимальногоуровня воды,при которомначинаетсяее доливка;
    3. Датчик опасного,вследствиеоголения ТЭНовподдержаниявлажности,уровня воды;
Блок электроннойсистемы автоматическогоуправления
1. Автоматическийотключатель;
2. Предохранители;
3. Преобразовательчастоты ACS 301-2P6-1фирмы АББ;
4. Система автоматическогоуправления;
5. Реле включенияТЭНов
  1. Реле включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  2. Реле включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
6. Трансформатордля питаниямотора сливногонасоса;
7. Задатчики
  1. Задатчик скоростивращенияциркуляционноговентилятора;
  2. Задатчик допускаподдерживаемойтемпературы;
8. Разъемы
  1. Разъем питания;
  2. Разъем датчиков;
  3. Разъем панелиуправления;
  4. Разъем сервисный,служащий дляналадки, контроляи поиска неисправностив системеуправлениярасстойнымшкафом;
Панель управления
1. Выключатели
  1. Выключательпитания;
  2. Выключательуправления;
2. Задатчики
  1. Здатчик температуры;
  2. Задатчиквлажности;
3. Индикатортемпературы;
4. Индикаторныелампы
  1. Лампа включенияпитания;
  2. Лампа возникновениянеисправности;
  3. Лампа включениясливного насоса;
  4. Лампа включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  5. Лампа включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

Система управленияобеспечиваетбезопасностьработы расстойногошкафа. Дляпредотвращенияпоследствийкоротких замыканийэлектрическиецепи питанияснабженыавтоматическимиотключателямии предохранителями.Для предотвращенияпораженияобслуживающегоперсоналапекарни электротокомвыполненозащитное зануление.Для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниятемпературыпредусмотрендатчик допустимойтемпературыданных ТЭНов,а для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниявлажностипредусмотрендатчик контроляминимальнодопустимогоуровня водыв блоке подогреваи увлажнения.При любойнеисправностисистема управленияотключает всеработающиеустройстваи подает сигналпутем зажиганияна панели управлениялампы неисправности.

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

МощностьТЭНов в системеуправлениярасстойнымшкафом должнаудовлетворятьследующимусловиям:

Должен бытьобеспеченбыстрый выходв установившийсярежим работырасстойногошкафа;
Периодичностьциклов включения-выключенияТЭНов не должнабыть оченьвысокой и слишкомнизкой;
Допустимаятемпературанагрева ТЭНовне должнапревышаться.

P_тэн =2500 Вт.

При такой мощностиТЭНов поддержаниятемпературывоздуха процессвыхода в установившеесясостояниезанимает примерно20 минут, периодичностьциклов включения выключениясоставляетоколо 1,5 минуты,а перегревТЭНов вышемаксимальнодопустимойтемпературыне происходит.

T_тэнвл = c_водыґm_водыґ(100 - T₁)/t,

гдеc_воды - теплоемкостьводы:

c_воды= 4200 Дж/(кгґгр);

m_воды- масса воды вблоке увлажненияи подогрева:

m_воды= 6 кг;

T₁- температураводы в началерасстойки:

T₁= 20°С.

Тогда:

T_тэнвл = 4200 ґ6 ґ (100 - 20)/ 540 = 3733Вт.

ВыбираемT_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Расчет циркуляционноговентилятора

Подборциркуляционноговентилятораосуществляетсяпо его объемнойпроизводительности(V_цир) и напору(Н_цир).

Объемнаяпроизводительностьрасчитываетсяпо формуле:

V_цир= u_воздґ f_шк/ 2 ,

гдеu_возд- скорость движениявоздуха в камерерасстойногошкафа:

u_возд=0,4 м/c

f_шк - площадьживого сечениякамеры расстойногошкафа:

f_шк = 1,26 м²,

тогда

V_цир = 0,4 ґ1,26 / 2 = 0,252 м³/c.

Напор определяетсяпутем аэродинамическогорасчета газовоготракта циркулирующейсреды по формуле:

Н_цир = 1,2 ґе DP,

где DP - основныеместные сопротивления:

DP = xґ u_возд²ґ r_возд,

где x -коэффициентместногосопротивления;

r - плотностьциркулирующеговоздуха.

Расчет местныхсопротивленийприведен втаблице 6.1

Таблица 6.1

Расчет местныхсопротивлений

Номер участка	r_возд,кг/м³	u_возд,м/с	x	DP, Па
1	1.11	12	0.5	79.92
2	1.11	12	2.5	399.6
3	1.11	5	0.25	6.94
4	1.08	5	1.15	31.05
5	1.08	24	0.42	261.27
6	1.08	36	0.47	657.85
7	1.08	36	1.15	1609.63
8	1.08	36	1	1399.68
9	1.11	0.4	2.3	0.41
Итого:				4446

Откуда:

Н_цир = 1,2 ґ4446 = 5335 Па.

Этот напор приобъемнойпроизводительности

V_цир = 0,252 м³/c

может обеспечитьцентробежныйвентиляторс приводныммотором мощностью:

N_эл = V_цирґН_цир / h_цир,

где h_цир- КПД приводногодвигателяциркуляционноговентилятора:h_цир=0,75.

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

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

МощностьТЭНов в системеуправлениярасстойнымшкафом должнаудовлетворятьследующимусловиям:

Должен бытьобеспеченбыстрый выходв установившийсярежим работырасстойногошкафа;
Периодичностьциклов включения-выключенияТЭНов не должнабыть оченьвысокой и слишкомнизкой;
Допустимаятемпературанагрева ТЭНовне должнапревышаться.

P_тэн =2000 Вт.

При такой мощностиТЭНов поддержаниятемпературывоздуха процессвыхода в установившеесясостояниезанимает примерно15 минут, периодичностьциклов включения выключениясоставляетоколо 2-х минут,а перегревТЭНов вышемаксимальнодопустимойтемпературыне происходит.

T_тэнвл = c_водыґm_водыґ(100 - T₁)/t,

гдеc_воды - теплоемкостьводы:

c_воды= 4200 Дж/(кгґгр);

m_воды- масса воды вблоке увлажненияи подогрева:

m_воды= 5 кг;

T₁- температураводы в началерасстойки:

T₁= 20°С.

Тогда:

T_тэнвл = 4200 ґ5 ґ (100 - 20)/ 450 = 3733Вт.

ВыбираемT_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Расчет циркуляционноговентилятора

Подборциркуляционноговентилятораосуществляетсяпо его объемнойпроизводительности(V_цир) и напору(Н_цир).

Объемнаяпроизводительностьрасчитываетсяпо формуле:

V_цир= u_воздґ f_шк/ 2 ,

гдеu_возд- скорость движениявоздуха в камерерасстойногошкафа:

u_возд=0,4 м/c

f_шк - площадьживого сечениякамеры расстойногошкафа:

f_шк = 1 м²,

тогда

V_цир = 0,4 ґ1 / 2 = 0,2 м³/c.

Напор определяетсяпутем аэродинамическогорасчета газовоготракта циркулирующейсреды по формуле:

Н_цир = 1,2 ґе DP,

где DP - основныеместные сопротивления:

DP = xґ u_возд²ґ r_возд,

где x -коэффициентместногосопротивления;

r - плотностьциркулирующеговоздуха.

Расчет местныхсопротивленийприведен втаблице 6.1

Таблица 6.1

Расчет местныхсопротивлений

Номер участка	r_возд,кг/м³	u_возд,м/с	x	DP, Па
1	1.11	10	0.5	55.5
2	1.11	10	2.5	277.5
3	1.11	5	0.25	6.94
4	1.08	5	1.15	31.05
5	1.08	20	0.42	181.44
6	1.08	30	0.47	456.84
7	1.08	30	1.15	1117.8
8	1.08	30	1	972
9	1.11	0.4	2.3	0.41
Итого:				3099

Откуда:

Н_цир = 1,2 ґ3099 = 3719 Па.

Этот напор приобъемнойпроизводительности

V_цир = 0,2 м³/c

может обеспечитьцентробежныйвентиляторс приводныммотором мощностью:

N_эл = V_цирґН_цир / h_цир,

где h_цир- КПД приводногодвигателяциркуляционноговентилятора:h_цир=0,75.

Тогда:N_эл = 0,2ґ 3719 / 0,75 @1000 Вт.

Технологическаячасть

Технологическаячасть: автоматизацияпроцесса испытанийасинхронныхдвигателей

При серийноми массовомпроизводствеестественностремлениемаксимальноавтоматизироватьпроизводственныйпроцесс, которыйвключает в себяи этап испытанияэлектрическихмашин. Исследованияпоказали, чтотрудоемкостьконтрольныхопераций составляетдо 13% трудоемкостиизготовленияэлектродвигателей.Средние нормывремени напроведениеприемо-сдаточныходной электрическоймашины среднеймощности составляет3 ... 35 ч (для различныхтипов машин).На проведениеприемочныхиспытаний однойэлектрическоймашины требуется48 ... 250 ч. Средниенормы временина обработкурезультатовприемо-сдаточныхиспытаний одноймашины составляют0,6 ... 4 ч, а на обработкуприемочныхиспытаний - 40... 90 ч. Естественно,что столь высокаятрудоемкостьпроведенияиспытаний иобработки ихрезультатовзаставляетискать путиавтоматизациииспытаний ииспользованияЭВМ.

Автоматизацияиспытанийэлектрическихмашин позволяетполучить объективныеи достоверныерезультатыиспытаний,ускорить проведениеконтрольныхизмерений иповыситьпроизводительностьтруда. ЭВМиспользуютсяне только дляобработкирезультатовиспытаний, нои при управлениипроцессомиспытаний,статистическомконтроле ианализе результатовиспытаний (нетолько привыборочном,но и при сплошномконтроле). Извсех видовэлектрическихмашин наибольшийобъем выпускаимеют асинхронныенизковольтныедвигатели.Поэтому в первуюочередь былавтоматизированпроцесс испытанийасинхронныхдвигателей.

Автоматизированнаяустановка дляприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей

Навтором этапеоперации снятияпоказанийприборов замененыобработкойинформациина мини-ЭВМ.

Программаиспытаний

ДляасинхронныхдвигателейГОСТ 183-74 предписываетпрограммуприемочныхиспытаний,определяющую:

измерениясопротивленияизоляции обмотокпо отношениюк корпусу машиныи между обмоткамии сопротивленийобмоток припостоянномтоке в практическихолодном состоянии;
определениекоэффициентатрансформации(длядвигателя сфазным ротором);
испытанияизоляции обмотокна электрическуюпрочностьотносительнокорпуса машиныи между обмоткамии на электрическуюпрочностьмежвитковойизоляции обмотокстатора и фазногоротора;
определениетока и потерьхолостогохода;
определениетока и потерькороткогозамыкания;
испытаниямашины приповышеннойчастоте вращенияи на нагревание;
определениеКПД, коэффициентамощности искольжения;
испытание накратковременнуюперегрузкупо току;
определениемаксимальноговращающегомомента, минимальноговращающегомомента в процессепуска, начальногопусковоговращающегомомента и начальногопускового тока(для двигателейс короткозамкнутымротором);
измерениявибраций иуровня шума.

Определениекоэффициентатрансформации,тока и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания

Определениекоэффициентатрансформации

k_T=U_ф1/U_ф2.

Определениепотерь холостогохода

Приопыте холостогохода измеряютлинейное напряжениеU₀_лмежду всемифазами, частотусети, линейныйток I₀_лстатора в каждойфазе и потребляемуюмощность.

Коэффициентмощности холостогохода вычисляетсякак:

cosj₀=P₀/(

U₀_лI_0л).

Результатыопыта холостогохода обычноизображаютграфически- путем построениязависимостипотерь P₀,фазного токаI₀ и коэффициентамощностиcosФ₀ в функциинапряжения.

Приприемо-сдаточныхиспытанияхизмеряют токи потери холостогохода лишь приноминальномзначении напряжения.

Определениетока и потерькороткогозамыкания.

Впроцессе опытаодновременноизмеряют подводимоенапряжение,ток статора(линейный токI_kкороткогозамыкания),потребляемуюмощностьP_k(kBт), начальныйпусковой момент(для электродвигателеймалой и среднеймощности), анепосредственнопосле опытаопределяютсопротивлениеr_1kобмотки статорамежду выводами,соответствующеетемпературев конце опыта.Начальныйпусковой моментM_п=M_к(Нм) измеряютпри опытединамометромили весами наконце рычага(которым заторможенротор, закрепляемымшпонкой насвободном концевала двигателя,или весамибалансирноймашины.

М_к=0.9*9550Р_км2/n_c,

Потери (кВт) вобмотке роторапри опыте короткогозамыкания:

P_км2=Р_к-Р_км1-Р_с,

гдеР_км1- потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания, кВт; Р_с- потерив стали, определяемыеиз опыта холостогохода, кВт.

Потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания:

Р_км1=I_k²r_1k/1000.

U_k=U_H/3,8 ,

гдеU_H-нормальноенапряжениедвигателя.

U_H,В... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

U_K,В... 33 58 100 115 130 173 800 1600 2640

Второйотсчет - принапряжении(1-0,1) U_H.ТребуемоенапряжениеU_kподают начинаяс минимальногозначения. Воизбежаниечрезмерногонагрева обмоток токами короткогозамыканиярекомендуетсяотсчет по приборампри каждомзначении подведенногонапряженияпроизводитьза время неболее 10с, а послеотсчета двигательсразу отключать.

Поданным опытакороткогозамыканияопределяюткоэффициентмощности:

cosj_k= P_k/(

U_kI_k).

Коэффициентмощности можнонайти и по отношениюпоказаний двухваттметров(а1/а2), воспользовавшисьрис.7.1. Для этогона оси ординатоткладываютполученноезначениеотношений двухваттметров(а1 и а2 - деленияшкалы ваттметров)с учетом знакаэтого отношенияпроводят дляэтого значениягоризонтальнуюпрямую до пересеченияс линией cosj(или sinj),сносят точкупересеченияна ось абсцисс,по шкале осиабсцисс определяютискомое значениеcosj (илиsinj).

рис.7.1

рис.7.2

Возрастаниетока от напряженияпринимаютидущим покасательной;определяютточку пересечениякасательнойс осью абсциссU_к¹. Тогдаток короткогозамыкания приноминальномнапряженииI_к_._н, называемыйначальнымпусковым током,находят поформуле:

I_K.H=(U_H- U_K¹) I_K/(U_K- U_K¹)

гдеI_K,U_K- соответственнонаибольшиеток, А, и напряжение,В, измеренныев процессеопыта; U_H- номинальноенапряжение,В.

М_КН = (I_КН/I_К)²ґМ_К,

гдеМ_к- вращающиймомент принаибольшемнапряженииопыта короткогозамыкания, Нм.

ОпределениеКПД, коэффициентамощности искольженияпо рабочейхарактеристике

Рабочаяхарактеристика,то есть зависимостьпотребляемоймощности, тока,скольжения,КПД и коэффициентамощности отполезной мощности,снимается принеизменныхи номинальныхприложеннымнапряжениии частоте,изменяющейсянагрузке отхолостого ходадо 110 % номинальной(5-7 значений), итемпературе,близкой кустановившейсяпри номинальнойнагрузке. Впроцессе опытаизмеряют линейныенапряженияU_н и токI, потребляемуюмощность Р₁и скольжениеs двигателя.По результатамизмеренийопределяюткоэффициентмощности.

Дляконтроля коэффициентмощности находятпо отношениюпоказаний двухваттметров.

Суммапотерь асинхронного двигателявычисляетсякак:

Р_S=Р_м1+Р_м2+Р_с+Р_мех+Р_Д,

гдеР_м1, Р_м2 , Р_с, Р_мех , Р_Д- потери собственнов обмоткахстатора, ротораи стали; механическиеи добавочныепотери.

Если рабочуюхарактеристикунет возможностиснять при номинальномнапряжении,тогда ее определяютпри напряжении0.5U_HrH. Полученныерезультатыиспытанийв этом случаеможно привестик номинальномунапряжениюпо следующимформулам:

s₁=s_r;P₁=P_1r(U_H/U_r)²;

I=I_r(U_H/U_r)+DI₀;

DI₀=I₀sinj₀- I_0r(U_H/U_r)sinj_0r,

гдеs_r, I_r ,I_0r ,j_0r- величинысоответственноскольжения,потребляемоймощности, тока,тока холостогохода и уголмежду векторамитока и напряжения,измеренныепри холостомходе и напряженииU_r;s₁,P₁,I, I₀,sinj₀- аналогичныевеличины приноминальномнапряжении.

Значениетока при номинальномнапряжении:

Определениемаксимальногои минимальноговращающих моментов

Определениемаксимальноговращающего момента

Определениекривой вращающегомомента припуске.

Крометого, искажающеевлияние наначальную частьпроцесса пускаоказываютпереходныепроцессы привключении, ана машины сподшипникамискольжения- еще и высокоезначение ихначальногомомента трения.Для устраненияискажающихвоздействийприбегают кпредварительномувращению испытуемогодвигателя впротивоположномнаправлении,затем, изменяячередованиефаз, реверсируютдвигатель изаписываюткривую вращающихмоментов. Масштабмомента определяетсяпо значениюначальногопусковогомомента, получаемогоиз опыта короткогозамыкания. Призаписи кривоймомента приреверсированииначальныйпусковой моментсоответствуетчастоте вращения,равной нулю.

Способопределениямаксимальноговращающегомомента непосредственнымизмерениемвращающегомомента принагрузке.

Наиболее частов качествебалансирнойнагрузочноймашины используютгенераторпостоянноготока. Если генераторработает снеизменнымвозбуждениеми нагрузочнымсопротивлением,то зависимостьмомента отчастоты вращениябудет прямолинейной,исходящей изначала координат,с угловымкоэффициентом,пропорциональнымквадрату магнитногопотока Ф. Такойвид нагрузочнойхарактеристикипозволяетопределитьточку, в которойвращающиймомент испытуемогодвигателя имеетмаксимальнуювеличину. Однакочасто приходитсяснимать всюкривую М = f(s),включая еенеустойчивуючасть, для оценкипровалов кривоймоментов,вызванныхвлиянием синхронныхи асинхронныхмоментов отвысших гармоник.В этом случаевид нагрузочныхкривых долженбыть иным, чтобыобеспечитьустойчивыеточки пересеченияс кривой моментаиспытуемогодвигателя.Этого можнодобиться, например,изменяя возбуждениегенераторапри работе егона общую сетьпостоянноготока.

Вычислениемаксимальноговращающегомомента помощности навалу и частотевращения принагрузкеэлектродвигателя.

Испытуемыйасинхронныйдвигательмеханическисоединяют сгенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением.Изменениенагрузки двигателяпроизводятрегулированиенапряжениясети, на которуюработает нагрузочныйгенератор.Отсчеты производятпри установившихсяпоказанияхприборов.Предварительноснимают двехарактеристикимашины постоянноготока: холостогохода при постояннойчастоте вращенияв генераторномрежиме и зависимостьтока холостогохода от частотывращенияI₀ = f(n) припостоянномзначении токавозбуждения(это значениетока возбужденияостаетсянеизменнымпри определениимаксимальноговращающегомомента) вдвигательномрежиме безиспытуемогодвигателя.

Дляопределенияискомой кривойзависимостивращающихмоментов асинхронногодвигателя отчастоты вращенияпри испытанииизмеряют токякоря генераторапостоянноготока I_я и частотывращенияиспытываемогодвигателяn(об/мин).

Величинувращающегомомента (Нм)находят как:

М=9,55Е₀(I_я+I₀)/n,

гдеЕ₀-ЭДС холостогохода.

Пополученнойкривой М = f(n)определяеммаксимальныйвращающиймомент.

Определениеминимальноговращающегомомента.

Достаточноточное определениевеличины минимальноговращающегомомента асинхронногодвигателя имеетважное значение,так как снижениеего ниже допустимогопо стандартуможет привестик “застреванию”электродвигателяна малой частотевращения припуске под нагрузкой.Такой режимработы близокк режиму короткогозамыканияи являетсяаварийным.

Минимальныйвращающиймомент определяютодним из следующихспособов:

из кривой вращающегомомента, снятойс помощьюрегистрирующегоприбора в процессепуска;
при непосредственнойнагрузке балансирноймашины илигенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением(при нагрузкес помощью генераторапостоянноготока вращающиймомент определяютнепосредственноили с помощьютарированногогенератора)и при непосредственнойнагрузкетарированнойасинхронноймашиной, работающейв режиме противовключенияи включеннойв сеть с регулируемымнапряжением.

Первыедва способадополнительныхпояснений нетребуют. Третийспособ основанна том, что вращающиймомент нагрузочнойасинхронноймашины работающейв режиме противовключения,остается практическипостояннымв диапазонескольженийот 1 до скольжения,соответствующегоминимальномувращающемумоменту, и зависяттолько от величинынапряжения,подводимогок нагрузочноймашине. Дляизбежанияпровалов вкривой М = f(n)нагрузочнойасинхронноймашины в режимеэлектромагнитноготормоза рекомендуетсяв этой машинеувеличитьвоздушный зазормежду статороми ротором путемдополнительнойобработкиротора по наружномудиаметру, вцепь фазногоротора следуетвключитьдополнительныеактивныесопротивления,а в цепь статора- дополнительноиндуктивноесопротивление.Испытанияпроводят следующимобразом:

Нагрузочнаяасинхроннаямашина работаетв режиме противовключения,то есть магнитноеполе ее вращаетсяв сторонупротивоположнуювращению ротора,что создаетсоответствующийтормозноймомент дляиспытуемогодвигателя.Тормозноймомент регулируютподводимымк нагрузочноймашине напряжениемпри помощиисточникарегулируемогонапряжения.Нагрузочнуюасинхронную машину следуетзаранее протарировать,то есть определитьзависимостьвращающегомомента на валуот подводимогок машине напряженияпри работе еев режиме электромагнитноготормоза. Приэтом необходимоубедиться вотсутствиизначительныхколебанийвеличины тормозногомомента нагрузочноймашины прификсированномнапряжениив диапазонескольженияот 1 до 2. Одну иту же протарированнуюнагрузочнуюасинхроннуюмашину вследствиепостоянствамомента призаданном напряженииможно использоватьпри испытанииасинхронныхдвигателейс разныминоминальнымичастотамивращения.

Дляопределенияминимальноговращающегомомента нанагрузочнуюмашину подаютпониженноенапряжение,соответствующееопределенномузначению тормозноговращающегомомента. Одновременнос нагрузочноймашиной включаютна номинальноенапряжениеиспытываемыйдвигатель. Еслиминимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателяменьше тормозноговращающегомомента нагрузочноймашины, то агрегатзадержитсяна промежуточнойчастоте вращения,а если минимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателя вышетормозного,то агрегатдостигаетполной частотывращенияиспытываемогодвигателя.

Определениесоответствияноминальныхпоказателейдвигателейтребованиямстандартов

Номинальнымипоказателямиасинхронныхдвигателей,значения которыхустановленыв стандартахили техническихусловиях, являются:КПД h,коэффициентмощности cosj₀, максимальныймомент М_м,а для двигателейс короткозамкнутымротором, крометого, начальныйпусковой моментМ_п и начальныйпусковой токI_п.

Методыконтроля номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний

Зонына параметрыприемо-сдаточныхиспытаний ( I₀, I_к ,Р₀ и Р_к), рассчитанныепо номинальнымпоказателямэлектродвигателейс учетом допусковна эти показатели,позволяютосуществитьконтроль номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний.

Сэтой целью порезультатамприемо-сдаточныхиспытаний необходимонанести в координатах I₀-I_k;P₀-P_k;I_k-P_kточки соответствующиеполученнымзначениямпараметровприемо-сдаточныхиспытаний.Попадание точеквнутрь всехдопустимыхзон свидетельствуето соответствииноминальныхпоказателейиспытанногодвигателятребованиямтехническихусловий с учетомдопусков поГОСТу. Еслихоть одна точкавыходит запределы любойиз зон, этосвидетельствуето том, что покрайней мерепо одномуноминальномупоказателюэлектродвигательне удовлетворяетпредписаннымтребованиям.

Автоматизированнаяиспытательно-диагностическая система дляконтроля закачествомэлектродвигателейс использованиемЭВМ

Дляконтроля,диагностированияи анализа измененияноминальныхпоказателейасинхронногодвигателя предлагаетсяиспользоватьавтоматизированнуюиспытательно-диагностическую систему сприменениемЭВМ, блок-схемакоторой показанана рис.7.3.

рис.7.3

Данная системафункционируетсовместно сиспытательнымконвейером,имеющим 7 основныхпозиций испытанийасинхронныхдвигателей.На первой позициииспытательногостенда контролируетсяобрыв фаз, а навторой - сопротивленияизоляции обмотокотносительнокорпуса двигателяи между обмотками.На третьей ичетвертойпозицияхосуществляютсяиспытаниямежвитковойизоляции обмотокна электрическуюпрочность. Напятой позицииэлектродвигателиподвергаютсяиспытаниямв режимах холостогохода и короткогозамыкания.Шестая позицияпредназначенадля испытанийизоляции обмотокотносительнокорпуса и междуобмотками наэлектрическуюпрочность, аседьмая - длявибрационныхиспытаний.

Вовремя испытанийот позиций 1-4,6 и 7 через измерительнуюсистему навходы блокасопротивленияпоступаютбинарные сигналы.Если на соответствующейпозиции электродвигательне выдерживаетиспытания, товырабатывается“0” (низкийпотенциал),если выдерживает- сигнал “1”(высокийпотенциал).

Длякаждого годногоасинхронногодвигателяоформляютпротокол испытанийс указаниемреквизитовдвигателя.

Совершенствованиеалгоритма функционированияв программеЭВМ направленона обеспечениецифровогопрограммногоуправленияработой измерительногокомплекса ина использованиедополнительныхпроцедурконтрольно-измерительной,испытательнойи диагностическойработы дляповышениядостоверностии глубины контроляпараметрови диагностированияасинхронныхдвигателей.

Экономическаячасть

Экономическаячасть: техноко-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом

Необходимостьвнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом обуславливаетсяразвитиемтехническогопрогресса вобласти хлебопечения,совершенствованиемполупроводниковыхи других устройстви материалов,используемыхв конструкцииприборов;требованиямиобеспеченияулучшениякачества выпекаемыхизделий, уменьшенияпроцента брака,снижения трудоемкостии сложностиоперации расстойкитестовых заготовок.

Определениепотребностейнародногохозяйства вданной технике

Разрабатываемаясистема управленияпредназначенадля расстойногошкафа, входящегов состав минипекарни.Потребностьнародногохозяйства вданной техникевелика, так какрасстойныйшкаф используетсяв хлебопекарнойпромышленности,а хлеб основнойпродукт питанияв нашей странеи во многихдругих странахмира.

Потребностьнаселения вхлебобулочныхизделиях неуменьшается.Возрастаетспрос на различныевиды хлебобулочныхизделий. Ассортиментпродукции,выпускаемойминипекарнями,очень широкий.Многие пекарнивыпускаютпродукцию посвоим собственнымрецептам, которымине пользуютсяв других пекарнях.Ни один хлебозаводили минипекарняне может выпускатьвесь спектризделий. Поэтомуорганизуютсяновые минипекарни,в состав которыхобязательновходят расстойныешкафы.

Требованияк выпускаемойпродукции оченьвысокие. Проектируемаясистема управлениярасстойнымшкафом позволяетподдерживатьоптимальныедля расстойкитестовых заготовокусловия в камерерасстойногошкафа. Следовательно,улучшаетсякачество выпекаемыхизделий, уменьшаетсяпроцент брака,снижаетсятрудоемкостьи сложностьрасстойкитестовых заготовок.

Поэтомусуществуютогромные перспективыразвития потребностейв расстойныхшкафах, а следовательнои в системахуправлениярасстойнымишкафами.

ОпределениеэкономическойэффективностипроектируемойСУ расстойнымшкафом

Экономическаяэффективностьотдельных видовновой техникиопределяетсяна основе общих единых принципов,которые включаетТиповая методика;основной изних - принципсоизмеренияэффекта и затрат.

Различаютобщую (абсолютную)и сравнительнуюэкономическуюэффективностьпроектируемогоприбора. Сравнительнаяэкономическаяэффективностьрассчитываетсядля выбораварианта решениятехническихзадач; онапоказывает,насколько одинвариант прибораэкономичнеедругого.

Абсолютнаяэкономическаяэффективностьисчисляетсядля определенияфактическойэффективностикапитальныхвложений впроектируемыйприбор в народномхозяйстве.

Критериемсравнительнойэкономическойэффективностиявляется минимумприведенныхзатрат (З). Приведенныезатраты покаждому вариантупредставляютсобой суммутекущих затрат(себестоимости)и капитальныхвложений, приведенныхк одинаковойразмерностив соответствиис нормативомэффективности.Наиболее экономиченвариант новойтехники, которомусоответствуютнаименьшиеприведенныезатраты приодинаковомобъеме выполняемойполезной работы

З = С + Е_нЧК ® min,

С -себестоимостьприбора;

C₁= 10000 руб. - себестоимостьбазовой СУ

C₂= 15000 руб. - себестоимостьпроектируемойСУ

К - удельныекапитальныевложения впроизводственныефонды (определяютсякак нормированнаявеличина),

K = 0,9 ґC,

К₁=9000 руб.,

К₂=13500 руб.;

E_н - нормативныйкоэффициентэффективностикапитальныхвложений,

Е_н= 0,17.

Имеем:

З₁ = 10000 + 0,17ґ9000= 11530 руб.,

З₂ = 15000 + 0,17ґ13500= 17295 руб.

Минимальнаяоптовая ценабазовой ипроектируемойСУ:

Ц_м = С_нтґ(1 + Р_с),

где Р_с - коэффициентрентабельностиизделия, отражающийотношениеприбыли ксебестоимостипродукции (Р_с= 0,13ё0,2 ),

Тогда:

Ц_м1 = 10000 ґ(1 + 0,15) = 11500 руб.;

Ц_м2 = 15000 ґ(1 + 0,15) = 17250 руб.

Расчетсравнительнойэкономическойэффективностипроведем поформуле:

где З₁,З₂ -приведенныезатраты наизготовлениебазового ипроектируемогоприбора;

В₁,В₂ -производительность(мощность) базовогои проектируемогоприбора;

В связи с уменьшениемколичества,брака вызваннымприменениемпроектируемойСУ, производительностибазовой ипроектируемойСУ соотносятсякак:

В₂ / В₁ = 1,2

Р₁,Р₂ - доляамортизационныхотчисленийна реновацию(полное восстановление)базового инового прибора;

где Т_с - срокслужбы прибора;

Р₁= 1/2 = 0,5;

P₂ = 1/10 = 0,1

Э_р^Б’, Э_р^Н- эксплуатационныерасходы побазовому устройствуна сопоставимыйобъем работы(сопоставимуюмощность) иновому прибору;

где Э_р^б -годовые эксплуатационныерасходы побазовому прибору;

При расчетегодовых эксплуатационныхрасходов учитываютсятолько те издержкипо эксплуатации,которые претерпеваютизменения присопоставлениисо сравниваемымустройством:

Э_р = А + Р_т + Э_н,

где А - амортизациятехники, исчисляемаяисходя из еесрока службы(Т_с):

А = Ц_м / Т_с;

А₁ = 11500 / 2 = 5750 руб.

А₂ = 17250 / 10 =1725 руб.

Р_т - расходына текущийремонт техники,исчисляемыепо нормативув проценте кее стоимости:

Р_т = Ц_мґН_р / 100,

где Н_р - нормативрасхода средствна ремонт впроценте коптовой цене(3ё7%);

Р_т1 = 11500 ґ5 / 100 = 575 руб.

Р_т2 = 17250 ґ5 / 100 = 862,5 руб.

Э_н - расходына электроэнергию:

Э_н = М_тґТ_чґС_э ,

где М_т - потребляемаямощность, кВт;

Т_ч - времяработы техникиза год, ч;

С_э - стоимостьодного кВт-чэнергии;

С_э = 0,1 руб.

Тогда:

Э_н1 = 7500 ґ3,0 ґ 0,1 = 2250 руб.

Э_н2 = 7500 ґ2,5 ґ 0,1 = 1875 руб.

Откуда:

Э_р^н = Э_р2= 1725 + 862,5 + 1875 = 4462,5 руб.;

Э_р^б = Э_р1= 5750 + 575 + 2250 = 8575 руб. ,

следовательно:

Э_р^Б’ = 8575 ґ1,2 = 10290 руб.

К₁^’, К₂^’- сопутствующиекапитальныевложения дляэксплуатациибазового приборана сопоставимыйобъем работы(сопоставимуюмощность) новогоприбора

Величины К₁,К₂ могут приниматьсяукрупненно

К_1,2= 0,05 ґ3_1,2;

Имеем:

К₁ = 0,05 ґ10000 = 500 руб.;

К₂ = 0,05 ґ15000 = 750 руб.;

Тогда: К’₁ =500 ґ 1,2 = 600 руб.

- среднегодовойвыпуск новогоприбора,

где N - потребностьнародногохозяйства впроектируемомприборе;

N = 20000 шт.

Т_п- периодпроизводства.

Т_п = 10 лет,

Откуда сравнительнаяэкономическаяэффективностьпроектируемойСУ составляет:

Расчетабсолютнойэкономическойэффективностиприбора производитсяс учетом показателяего экономическойи технико-экономическойпрогрессивности.

Экономическаяпрогрессивностьтехники - экономичностьее эксплуатации- определяетсяпо формуле

где Э_р^б,Э_р^Н - годовыеэксплуатационныерасходы позаменяемомубазовому ипроектируемомуновому устройству,

Е_ту- техническаяпрогрессивностьпроектируемогоприбора.

Техническаяпрогрессивностьтехники являетсяпредпосылкойее экономическойпрогрессивностии определяетсясовокупностьюпараметров,отражающихв целом уровеньее качества,превосходящийуровень качествалучших образцовотечественнойи зарубежнойтехники.

Уровеньэкономическойэффективностипроектируемогоприбора определяетсяс учетом еготехническойпрогрессивностипо сравнениюс существующимиприборами,параметрыкоторых известны.

ДляопределенияЕ_ту производитсявыбор его аналога(прототипа). Вкачестве прототипавыбираетсятехника, сходнаяпо целевомуназначениюи отличающаясяот проектируемойконструктивнымиили схемнымирешениями.

Приоценке уровнятехническойпрогрессивностиразрабатываемойСУ ее параметрысопоставляютсяс конструкциямианалогичныхСУ, соответствующимипроектируемомуобъекту поназначениюи области применения.

Улучшениепараметровпроектируемойсистемы управления по сравненияс аналогом иих удельнаязначимостьзанесены втаблицу:

Таблица8.1 - СравнениепроектируемойСУ с аналогом

№ п/п	Наименованиепараметров	Улучшениепараметровпо сравнениюс аналогомA, раз	Значимостьm_j
1	Точностьподдержаниятемпературы	3	0.3
2	Точностьподдержаниявлажности	1.5	0.4
3	Ресурс	5	0.1
4	Безопасностьработы	2	0.2

Показательтехническойпрогрессивностипроектируемогоприбора:

где A_j- улучшениезначения j-гопараметрапроектируемогоприбора;

m_j- значениезначимостиj-го параметра;

n - количестворассматриваемыхпараметров.

С учетом табличныхзначений показательтехническойпрогрессивности

Е_ту= 3ґ0.3+1,5ґ0,4 + 5ґ0,1+2ґ0,2 = 2,4

В связи с этим,для проектируемойСУ:

Уровеньтехнико-экономическойпрогрессивностиустройства(Е_п) оцениваетсяпо формуле

Е_п = Е_туґЕ_ээ,

Для проектируемойСУ имеем:

Е_п = 2,4 ґ1,784 = 4,282

Показателитехнико-экономическойпрогрессивностипроектируемойСУ используемдля определенияее цены и эффективностив народномхозяйстве.

Экономическийэффект отиспользованияпроектируемогоприбора в зависимостиот его характераи целевогоназначенияисчисляетсяв виде экономииот сниженияэксплуатационныхрасходов поиспользованиюприбора Э_фэ,исчисляетсяпо формуле:

Э_фэ = Э_р^бґЕ_ту- Э_р^Н,

И, для проектируемойСУ:

Э_фэ = 8575 ґ2,4 - 4462,5 = 16117,5 руб.

Уровень хозрасчетнойэффективностиустройства:

где Ц_в - возможнаяцена проектируемойСУ;

Е_н - нормативныйкоэффициентэффективностикапитальныхвложений, равный0,15;

Ц_в = Ц_м + Э_ц.

Доля эффектау потребителя,включаемаяв цену проектируемогоустройства,может бытьрассчитанапо формуле:

Откуда дляпроектируемойСУ:

Ц_в = 17250 + 7496,5 = 24746,5 руб.

И уровеньхозрасчетнойэффективностипроектируемойСУ:

Так как приустановленииоптовых ценнеобходимопредусматриватьснижение ихуровня на единицуполезногоэффекта, топроверим этоусловие.

Для этого рассчитаемкоэффициентотносительнойцены проектируемогоустройствана единицуполезногоэффекта:

где Р_с - коэффициентрентабельностиизделия, отражающийотношениеприбыли ксебестоимостипродукции:

Р_с= 0,13 ё0,20.

При соблюденииуказанногоусловия Е_цо

Для нашей СУ:

То есть ценапроектируемойСУ на единицуполезногоэффекта в 2 разаменьше, чем уаналога.

Уровеньнароднохозяйственнойэффективностипроектируемогоприбора определяютпо формуле

где У_зр - затратына разработкуустройствав расчете наединицу егосерийногопроизводства:

У_зр = З_р / N,

Для проектируемойСУ:

У_зр = 152677 / 20000 = 7,63;

Это значительнобольше, чемнормативныйкоэффициенткапитальныхвложений, равный0,17. Из этого делаемвывод, что разработкаСУ расстойногошкафа былаэкономическицелесообразна.

Экономическаячасть

Экономическаячасть: расчеттрудоемкостии затрат на ОКРпо разработкеСУ расстойногошкафа

Структурапланируемойк разработкеСУ расстойнымшкафом и данныео составе элементовСУ-аналогов

СтруктураразрабатываемойСУ, а также сведенияо трудоемкостиразработкифункциональныхэлементовСУ-аналогов,коэффициентыновизны и сложностиразрабатываемыхэлементов СУприведены втаблице:

Таблица8.1 - СтруктураСУ расстойногошкафа

№	Элементыпривода	ТрудоёмкостьT_Oi,чел-ч	Коэф. новизны К_Н_i	Группа сложности	Коэф. сложностиK_СЛi
	Корпусныедетали	450	0.50	2	1,3
	Датчикиуровня воды	600	0.65	3	1,6
	Циркуляционныйвентилятор	250	0.50	3	1,6
	Электродвигательциркуляционноговентилятора	ПГИ	-	-	-
	Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воздуха	2000	0.50	4	2,0
	Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воды	1500	0.50	4	2,0
	Датчик опаснойтемпературы	ПГИ	-	-	-
	Сливнрйнасос	ПГИ	-	-	-
	Фильтр воды	ПГИ	-	-	-
	Электроклапанподачи воды	ПГИ	-	-	-
	Системаподачи воды	1000	0.80	3	1,6
	Системаслива воды	500	0.80	3	1,6
	Блок питания	250	0.50	3	1,6
	Электроннаясистема управления	4500	0.80	4	2,0
	Предохранитель	ПГИ	-	-	-
	Датчиктемпературы	ПГИ	-	-	-
	Датчик влажности	350	0.50	4	2,0
	Выключательпитания	ПГИ	-	-	-
	Индикаторныелампы	ПГИ	-	-	-
	Задатчиктемпературы	200	0.50	3	1,6
	Задатчиквлажности	200	0.50	3	1,6
	Электропроводка	400	0.50	2	1,3

Коэффициентыновизны К_Н_iвыбираем наоснованиизнаний о конструкциии тенденцияхсовершенствованиявыбранныхфункциональныхэлементовпривода:

К_Н_i=0,50Проектированиеэлементов поимеющимсяобразцам беззначительныхконструктивныхи размерныхизменений.

К_Н_i=0,65Проектированиес модификациейсуществующихмоделей сиспользованиемунифицированныхузлов для повышениянадёжности.

К_Н_i=0,80Проектированиедеталей с новымипараметрами,связанное спроведениемэкспериментальнойпроверкихарактеристик,для уменьшениямассогабаритныхпоказателейи увеличенияКПД.

Трудоемкостиразработкиотдельныхфункциональныхэлементов СУT_oi берем изимеющихсясведений отаковых вСУ-аналогах.

Группысложности икоэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементов СУберем из таблиц.

СтоимостьразработкиСУ-аналогаС_о=80000 руб.

РасчеттрудоемкостипроектированияСУ

ТрудоёмкостьпроектированияСУ (суммарнаятрудоёмкостьэтапов 1 и 2) определяетсяпутём пересчётатрудоёмкостипроектированияфункциональныхэлементов-аналоговТ_Оi с учётомстепени новизныи конструктивнойпреемственностиразработкипо формуле:

Коэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементовопределяютсяпо группе сложности(см. таблицу8.1).

Коэффициентпреемственностиразработкихарактеризуетуровень использованияв конструкциипланируемогок разработкеСПЛА готовыхэлементов

Подставляяв уравнение

значенияn, n_гэ, T_Oi, К_ПР,К_Н_iи К_СЛ_i,получим трудоемкостьпроектирования:

^чел.-ч.

Распределениетрудоемкостипо основнымэтапам ОКР

Этапы ОКР поразработкеСУ расстойногошкафа приведеныв таблице:

Таблица8.2 - Этапы ОКР

Номер этапа	Наименованиеэтапа
	РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта
	Разработкатехническогопроекта и рабочейдокументации
	Изготовлениеопытных образцов
	Заводскиеиспытания
	Государственныеиспытания

Трудоёмкостьэтапов разработкиСУ Т_ОКР_jнасчитываетсяпо нормативам,с учётом тогочто трудоемкостьпроектирования

Т_ПР= Т_ОКР₁+Т_ОКР₂

Таблица8.3 - Трудоёмкостьэтапов разработкиСУ

наименованиеэтапа	удельныйвес этапа		Т_ОКР_j
	по трудоёмкостиq_Тj	по стоимостиq_Сj
РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта	0.28	0.23	5102,30
Разработкатехническогопроекта	0.37	0.36	6742,32
Изготовлениеопытных образцов	0.27	0.35	4920,07
Заводскиеиспытания	0.07	0.05	1275,57
Государственныеиспытания	0.01	0.01	182,22

Расчеттрудоемкости,стоимости идлительностицикла разработкиСУ

Суммарнаятрудоемкостьразработкиопределяетсякак сумматрудоёмкостиотдельныхэтапов:

^чел.-ч.

Общая длительностьцикла разработкиТ_Ц= 4 квартала.

Общая стоимостьвсей ОКР определяетсяпутём пересчётастоимостиразработкипривода-аналогапо коэффициентусложностипланируемойразработки:

С_ОКР=С_0*К_СЛ=С_0*

q_Ti*К_СЛi=С_0*

(T_0i/Т_ПР)К_СЛi,

где С₀- стоимостьразработкипривода-аналога.

С₀ = 80000 руб.

С_ОКР=80000ґ(450ґ1,3+600ґ1,6+250ґ1,6+2000ґ2,0+1500ґ2,0+

+1000ґ1,6+500ґ1,6+250ґ1,6+4500ґ2,0+350ґ2,0+200ґ1,6+

+200ґ1,6+400ґ1,3)/11844,615= 152677 руб.

Определениедлительностиэтапов и построениекалендарногографика разработкиСУ

Определимдлительностьэтапов разработки:

Т_Ц_j=Т_Ц*К_ПАРj*К_ПЕРj/А,[кварталы],

где К_ПАР_j, К_ПЕР_j-коэффициентыпараллельностии возможныхперерывов вработах попроектируемомуприводу на j^омэтапе (взятыиз таблиц).

КоэффициентА рассчитываетсяпо формуле:

А=

(К_ПАРj*К_ПЕРj+К_ПАРj+1*К_ПЕРj+1)К_ПАРj,j+1-

К_ПАРj*К_ПЕРj=

=(1.4ґ1.25+1.25ґ4.6)ґ0.85+(1.25ґ4.6+3.2ґ2)ґ0.6+(3.2ґ2+1.7ґ3.15)ґ0.6+

+(1.7ґ3.15+1.9ґ2.3)ґ0.82-(1.25ґ4.6+3.2ґ2+1.7ґ3.15)=11,1875

После подстановкисоответствующихкоэффициентовполучим длительностиэтапов разработки:

Т_Ц1=0,626Т_Ц2=2,056Т_Ц3=2,288Т_Ц4=1,915Т_Ц5=1,562

Найдём совместнуюдлительностьдвух смежныхэтапов с учётомпараллельностивыполненияработ во времени:

Т_Цj,j+1= К_ПАРj,j+1(Т_Цj+Т_Цj₊₁)

Т_Ц1,2=2,28Т_Ц2,3=2,606Т_Ц3,4=2,522Т_Ц4.5=2,851

Исходя из полученныхзначений длительностиосновных этаповОКР по разработкесоответствующегообъекта и сучётом того,что длительностьразработкив целом равнаТ_Ц, а степеньпараллельностиэтапов во временидолжна соответствоватьзначениямК_ПАРj,j+1,строимпредварительныйкалендарныйграфик разработкиобъекта (см.рис.8.1):

Рисунок8.1 - Календарныйграфик разработкиобъекта

Расчетраспределениятрудоемкостиэтапов по календарнымпериодам ипостроениеграфика готовностиразработкиСУ на конецкалендарногопериода

По данным расчётатрудоёмкостиэтапов ОКР икалендарногографика определяетсяраспределениетрудоёмкостиэтапов по календарнымпериодам (кварталам),суммарнаятрудоёмкостьразработкиобъекта накаждый календарныйпериод и показательготовности(D_гот,%) разработкина конец календарногопериода (см.таблицу 8.4).Считается, чтотрудоёмкостькаждого этапараспределяетсяпо времениравномерно.

Таблица8.4 - Распределениетрудоёмкостиэтапов по календарнымпериодам (кварталам),суммарнаятрудоёмкостьразработкиобъекта накаждый календарныйпериод и показательготовности(D_гот,%) разработкина конец календарногопериода

Этапы	q_Тj	Т_ОКР_j	К в а р т а л ы
			1	2	3	4
1	0.28	5102.296	5102.296
2	0.37	6742.319
3	0.27	4920.071
4	0.07	1275.574
5	0.01	182.225
Итого	1	18222.485	8632.936	5996.57	3434.69	159.29
D_гот,%

График показателяD_готприведён ниже(см. рис.8.2):

D_готґ10^-2, %

Кварталы

Рисунок8.2 - Показательготовностиразработкина конец календарногопериода

Расчет распределенияматериальныхзатрат и фондаосновной заработнойплаты по календарнымпериодам

Из таблицопределяетсяобщая стоимостькаждого этапаОКР С_ОКР_j,а затем длякаждого этапарассчитываютсястатьи затратна материалыи основнуюзаработнуюплату работникови их распределениепо календарнымпериодам (кварталам).

Таблица8.5 - Материальныезатраты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_МЗj	С_МЗ_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.05	1755.79
2	0.36	54963.72	0.05	2748.19
3	0.35	53436.95	0.3	16031.08
4	0.05	7633.85	0.31	2366.49
5	0.01	1526.77	0.29	442.76
Итого	1	152677		23344.31	6003.06	9394.9	7584.81	362.55
D_МЗ,%

Таблица8.6 - Фонд основнойзаработнойплаты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_ЗПj	С_ЗП_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.3	10534.71
2	0.36	54963.72	0.3	16489.12
3	0.35	53436.95	0.1	5343.7
4	0.05	7633.85	0.15	1145.08
5	0.01	1526.77	0.15	229.02
Итого	1	152677		33741.63	17828.9	10864.39	4864.44	184.89
D_ЗП,%

Распределениезатрат на материалыи основнуюзаработнуюплату работниковпо календарнымпериодам (кварталам) показаны ввиде диаграмм(см. рис.8.3).

Рисунок 8.3 -Распределениезатрат на материалыи основнуюзаработнуюплату работниковпо календарнымпериодам (кварталам)

Охранатруда и окружающейсреды

Охранатруда и окружающейсреды: обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах

Проектируемаясистема управленияпредназначенадла расстойногошкафа, входящегов состав минипекарни.Обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах являетсяодним из факторов,определющихблагоприятныеусловия труда.

Недостатачноеосвещениерабочих мест- одна из причиннизкой производительноститруда. В этомслучае глазаработающегоперсоналасильно напряжены,трудно различаютобрабатывающиепредметы, учеловека снижаетсятемп и качествоработы, ухудшаетсяобщее состояние.

На органахзрения отрицательносказываетсяи чрезмерноеосвещение.Чрезмернаяосвещенностьприводит кслепимости,при этом глазаработающегоперсоналабыстро устаюти зрительноевосприятиеухудшается.

Рациональноеосвещениедолжно удовлетворятьряду требований:должно бытьдостаточным,чтобы глазабез напряжениямогли различитьрассматриваемыедетали; постояннымпо времени, дляэтого напряжениев питающей сетине должно колебатьсябольше чем на4%; равномернораспределеннымпо рабочимповерхностям,чтобы глазуне приходилосьиспытыватьрезкого светевогоконтраста; невызывать слепящегодействия органовзрениячеловекакак от самогоисточникасвета, так и ототражающихповерхностей,находящихсяв поле зрениячеловека (уменьшениеблесткостисвета достигаетсяприменениемсветильников,рассеивающихсвет); не вызыватьрезких тенейна рабочихместах, в проездах,проходах приправильномрасположениисветильников;быть безопасным- не вызыватьвзрыва, пожарав помещениях.

При правильнорасчитанноми выполненомосвещениипроизводственныхпомещений глазаработающегоперсонала втечение продолжительноговремени сохраняютспособностьхорошо различатьпредметы иорудия труда,не утомляясь.

На рабочихместах освещенностьнормируетсясогласно СНиП23-05-95 “Нормы проектирования.Естественноеи искусственноеосвещение.”

Данный СНиПнормируетпоказателиосвещенностив зависимостиот разрядазрительныхработ, которыйвыбираетсяиз Таблицы поотношениюdmin/l, где

d_min- размер объектаразличения,м;

l- расстояниеот него до глазработника, м.

Таблица9.1

Определениеразряда зрительныхработ

Разряд	dmin/l
I	Ч10^-3
II	0,3Ч10^-3ё0,6Ч10^-3
III	(0,6 ё1)Ч10^-3
IV	(1 ё 2)Ч10^-3
V	(2 ё 10)Ч10^-3
VI	>10Ч10^-3

Исходя из данныхтаблицы выбираемпятый разрядзрительныхработ.

Расчетестественногоосвещения

Естественноеосвещение имеетогромноегигиеническоезначение, состоящеев сильномгигиеническомдействии наорганизм человека.

Длительноеотсутствиеестественногосвета угнетающедействует напсихику человека,способствуетразвитию чувстватревоги, снижаетинтенсивностьобмена веществв организмеспособствуетразвитию близорукостии утомляемости.Поэтому санитарныенормы предусматриваютобязательноеестественноеосвещение всехпроизводственных,административных,подсобных ибытовых помещений.

С учетом многоэтажностипроизводственныхзданий, в нашемслучае возможнотолько боковоеестественноеосвещение.

Рассчитаемнеобходимуюплощадь световыхпроемов прибоковом естественномосвещении ипри условии,что операторомосуществляетсяпятый разрядзрительныхработ:

где S_п - площадьпола:

S_п= 16ґ20 = 320 м²;

к_з- коэффициентзапаса, учитывающийпотеру освещенностииз-за запыленностиокон:

к_з = 1,2;

е - коэффициентестественногоосвещения - дляпятого разрядазрительныхработ и боковогоосвещения:

е = 1%;

h₀ - световаяхарактеристиказдания:

h₀ = 10;

к_зд = 1;

r₀ - общий коэффициентсветопропускания:

r₀ = 0,6;

r₁ - коэффициентувеличенияосвещенностиза счет отражениясвета от пола:

r₁ = 1,2.

Таким образом,площадь световыхпроемов

Площадь стен:

S_ст = (16+ 20) ґ2ґ3,5 = 252 м²;

Найдем процентноеотношениеплощади окони площади стен:

(53,3/252) * 100% = 21,15%.

Расчетискусственногоосвещения

В связи с тем,что естественногоосвещениянедостаточнои с учетомгруглосуточногографика работыпекарни, необходимоприменять общееискусственноеосвещение. Дляэтого освещенияиспользуютсямноголамповыесветильникитипа ЛСП слюминесцентнымилампами ЛБ-40,ЛБ-60 и ЛБ-80.

СНиП 23-05-95 устанавливаетнорму освещенностив цехе 300 Лк дляобщего освещенияи работах малойточности. Даннаянорма в цехевыдерживаетсядля пятогоразряда подразрядазрительныхработ.

Произведемрасчет количестваламп, обеспечивающихтребуемуюосвещенностьпомещения:

где E - минимальнаяосвещенностьпо норме:

E = 300 Лк;

k - коэффициентзапаса лампы,необходимыйдля компенсациипотерь освещенияиз-за ее запыленности:

k = 1,5;

Z - отношениесредней и минимальнойосвещенности:

Z = 1,1;

F - световой потокодной лампы:

F = g ґP_л,

где g -светоотдачалампы:

для люминесцентныхламп: g =45 лм/Вт;

P_л - мощностьлампы:

Выбираемлюминесцентныелампы

ЛБ-60 мощностьюP_л = 60 Вт;

Тогда световойпоток лампы:

F = 45 ґ 60 = 2700 лм

h - коэффициентиспользованиясветовогопотока:

h = 0,59 є59%;

S_п - площадьпомещения:

S_п = 16 ґ20 = 320 м².

В итоге

Выбираем светильникис люминесцентнымилампами ЛСП02 2*90.В каждом такомсветильникеразмещаетсяпо 2 лампы типаЛБ-60, т.е. всегонеобходимо

N_св = N / 2 =102 / 2 = 51 Светильник

ВыбираныесветильникиЛСП02 2*90 слампами ЛБ-60обеспечиваютнеобходимуюосвещенностьв производственномпомещении цеха.

В производственномпомещениипредусмотренотакже аварийноеосвещение,обеспечивающеебезопаснуюэвакуацию людейв случае пожара.Включениеаварийногоосвещенияпроисходитавтоматическипри аварийномотключенииобщего освещения.

Итак, рациональноустроенноеосвещениесоздает достаточнуюравномернуюосвещенностьпроизводственногопомещения,сохраняетзрение рабочегоперсонала,уменьшаеттравматизм,позволяетповышатьпроизводительностьтруда, влияетна уменьшениепроцента бракаи улучшениекачества выпекаемыхизделий.

Охранатруда и окружающейсреды

Охрана трудаи окружающейсреды: безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом

Внашей страневопросам охранытруда и окружающейсреды уделяетсяособое внимание.ПравительствомРоссии поставленазадача дальнейшегоповсеместногоулучшенияусловий трудаза счет автоматизациии механизациипроизводственныхпроцессов, атакже примененияна предприятияхсовременныхсредств техникибезопасности.

Цельнастоящегодипломногопроекта заключаетсяв обеспеченииулучшениякачества выпекаемыхизделий, уменьшениипроцента бракаи снижениитрудоемкостии сложностиоперации расстойкитестовых заготовок.

Проектируемыйсистема управленияпредназначенадля расстойногошкафа, входящегов минипекарню(см. план помещенияна чертеже),имеющую в своемсоставе следующиевиды оборудованиядля выпечкихлебобулочныхизделий:

месильнаямашина длязамеса опарыс объемнымдозатором мукии дозировочнойстанцией дляжидких компонентов;
агрегат дляброжения опары;
месильнаямашина длязамеса теста;
тестоделительнаямашина;
округлитель;
закаточнаямашина;
расстойныйшкаф;
хлебопечь.

Анализопасностейи вредностей

Проведеманализ опасностейи вредностейимеющих местопри работе срасстойнымшкафом в составеминипекарни.

Наоснове анализатехнологическихпроцессовданного производстваможно выделитьвредности иопасностиприсущие ему.Таковыми являются:

технологическоеоборудование;
электроприборыи электропроводка;
плохие метерологическиеусловия нарабочих местах(температура,влажность ит.п.);
шум и вибрации;
недостаточнаяосвещенностьна рабочихместах.

Исходяиз этого, следуетуделить большоевнимание обеспечениюбезопасностиработы технологическогооборудования,электробезопасности,нормативныхметеорологическихусловий нарабочих местах,а также защитныммероприятиямот шума и вибраций,обеспечениюнеобходимойосвещенностина рабочихместах.

Далеерассмотренынекоторые мерыи требованияпо обеспечениюбезопасноститруда при работес расстойнымшкафом.

Безопасностьработы технологическогооборудования

Общиетребованиябезопасностик конструкциипроизводственногооборудованияустановленыв ГОСТ 12.2.003-74 “ССБТ.Оборудованиепроизводственное.Общие требованиябезопасности”.

Конструкциярасстойногошкафа обеспечиваетзащищенностьперсоналапекарни отвзаимодействияс агрегатами,опасными длячеловека, средикоторых:

нагревательныеэлементы (ТЭНы);
парогенератор;
циркуляционныйвентилятор;
насос;
блоки системыуправления.

Всеэти агрегатысобраны подзащитным кожухомв верхней частирасстойногошкафа.

Сигналыо неисправностяхрасстойногошкафа подаютсяна его пультуправленияи дублируютсязвуковым сигналомс одновременнымотключениемоборудования.То же происходитпри отключенииводы. Проектируемаясистема управленияпредотвращаетперегрев ТЭНоввыше критическойтемпературыи повышениеили понижениеуровня водыв камере парогенератораза критическиеотметки, чтомогло бы привестик аварийнойситуации.

Всеэто исключаетэксплуатациюрасстойногошкафа в неисправноми опасном дляперсоналахлебопекарни,состоянии.

Электробезопасность

Наоснове Правилустройстваэлектроустановок(ПУЭ-92) помещениецеха, где производитсявыпечка хлебапо степениопасностипораженияэлектротокомотносят к помещениямособо опасным,так как температурав цехе t>30°С,влажностьвоздуха j>75%,полы в помещениитокопроводящие.Поэтому необходимопринять особыемеры электробезопасности,исходя из требованийГОСТ 12.2.007.0-75 “ССБТ.Изделия электротехнические.Общие требованиябезопасности”;ГОСТ 12.1.030-81 “ССБТ.Электробезопасность.Защитное заземлениеи зануление”.

Всяэлектропроводкапроведена взащищенныхот человекаместах, чтоисключаетвозможностьповрежденияее изоляцииперсоналомпекарни. Расстойныйшкаф и проектируемаясистема управлениядля него выполненытак, чтобы ихтоковедущиечасти были недоступны дляслучайногосоприкосновенияи изолированы.Это достигаетсязащитнымиограждениями,блокировкойаппаратов,защитнымизаземлениями.При снятиикожухов предусмотренаэлектрическаяблокировка.

Потехнологическимтребованиям для электропитаниярасстойногошкафа используетсячетырехпроводнаясеть, так какона обеспечиваетдва рабочихнапряжения- линейное (380В)для силовыхцепей и фазное(220В) для цепейуправления.Исходя из требованийбезопасностии в связи сневозможностьюобеспечитьхорошую изоляциюэлектроустановокиз-за высокойвлажности впомещении,используетсясеть с заземленнойнейтралью.Несмотря нато, что в периоднормальногорежима работысети она являетсяболее опаснойпо условиямприкосновенияк фазному проводу,в аварийныйпериод, когдаодна из фаззамкнута наземлю, сеть сзаземленнойнейтралью менееопасна.

Втрехфазныхчетырехпроводныхсетях с заземленнойнейтральюзаземлениене обеспечиваетзащиты. Прифазном напряженииU_ф=220В ток однофазногокороткогозамыкания

I_з = U_ф/ (R_з +R₀) = 220 / (4 + 4) = 27,5 А,

анапряжениена заземленномкорпусе

U_з = I_зґR_з = 27,5 ґ4 = 110 В.

Корпусаоборудованиябудут находитсяпод опаснымнапряжением,не смотря нато, что онизаземлены.Поэтому длязащиты людейв таких случаяхиспользуетсяне заземление,а зануление,принцип работыкоторого приведенна чертеже.

Зануление- это способзащиты от поражениятоком автоматическимотключениемповрежденногоучастка сетии одновременноснижениемнапряженияна корпусахоборудованияна время, покане сработаетотключающийаппарат. Дляэтого металлическиенетокопроводящиечасти расстойногошкафа, которыемогут оказатьсяпод напряжением,соединяютсяс нулевым защитнымпроводником,идущим к нейтральнойточке обмоткитрансформаторас глухозаземленнойнейтралью.

Цепьзануления(трансформатор- фазные провода- защитные нулевыепроводники- трансформатор)имеют весьмамалое сопротивление(

Основное требованиебезопасностик занулениюзаключаетсяв том, чтобыобеспечитьсрабатываниезащиты за долисекунды призамыканияхна корпус. Длянадежного ибыстрого отключениянеобходимо,чтобы ток короткогозамыкания I_кзпревосходил номинальныйток отключающего автомата:

I_кзі kґ I_ном,

гдеI_ном - номинальныйток отключенияавтомата,

k - кратностьтока короткогозамыканияотносительнотока отключенияавтомата.

Дляотключающихавтоматов степловым расцепителемс обратно зависимойот тока характеристикойk = 3.

Токкороткогозамыканияопределяетсяпо формуле:

гдеZ_т - полноесопротивлениетрансформатора;

Z_ф-полное сопротивлениефазного провода;

Z_нп- полное сопротивлениенулевого провода;

Полнаяпроводимостьнулевых защитныхпроводниковво всех случаяхдолжна бытьне менее 50% проводимостифазного проводаили в переводена сопротивления:

Z_нпЈZ_ф

В нашем случае:

k = 3;

I_ном = 100 А;

Z_т = 0,5 Ом;

Z_ф = 0,4 Ом;

Z_нп= 0,1 Ом.

Тогда:

Следовательноусловие 330 і3 ґ 100 выполняетсяи отключениепри замыканиипроизойдетнадежно и быстро.

Дляповышенияэффективностисистемы зануленияособое вниманиеуделяетсянадежностиметаллическойсвязи корпусарасстойногошкафа с заземленнойнейтральюисточникапитания черезнулевой провод.

Исправностьизоляции - этоосновное условиебезопасностиэксплуатациии надежностиэлектроснабжения.В сетях с заземленнойнейтральюбольшую рольиграет состояниеизоляции. Приплохом ее состояниимогут происходитьзамыкания наземлю (корпус)и короткиезамыкания.Поэтому, дляобеспечениябезопасности,сопротивлениеизоляции должнобыть R_из> 0,5МОм.

СогласноГОСТ 12.3.019-80 “ ССБТ.Испытания иизмеренияэлектрические.Общие требованиябезопасности”необходимовыполнятьзамеры на исправностьзануленияэлектроустановоки проводитьпериодическийконтроль изоляциипо ее сопротивлению.

Обеспечениена рабочихместах нормативныхметерологическихусловий

Метерологическиеусловия характеризуютсяследующимипоказателями:

Температураокружающеговоздуха в помещении;
Относительнаявлажность;
Скорость движениявоздуха в помещении;
Интенсивностьтепловогоизлучения;
Температураповерхностей,ограждающихрабочую зону.

Этипоказателиоказываютвлияние наздоровье иработоспособностьобслуживающегоперсонала цеха.

Помещение,где выпекаетсяхлеб, имеетизбыток тепла.По сравнениюс оптимальнымипараметраминаблюдаетсяпревышениетемпературына 4 - 6 °C иотносительнойвлажности на15 - 30%.

Нужныймикроклиматдостигаетсяналичиемприточно-вытяжнойвентиляции,обеспечивающейнеобходимыйвоздухообмени теплоизоляцию.

Нормированиепроизводственногомикроклиматаосуществляетсяпо ГОСТ 12.1.005-88 “ССБТ.Общие санитарно-гигиеническиетребованияк воздуху рабочейзоны”. Работы,выполняемыев хлебопекарномцеху, относятк категориисредней тяжестиIIa. Энергозатраты,связанные свыполнениемэтих работ,составляютдо 1050 кДж (250 кКал).

Сцелью улучшенияобщего микроклиматаприменяетсяобщеобменнаявентиляция,которая обеспечиваеттемпературув помещениине выше 27°Cпри относительнойвлажностивоздуха неболее 65%.

Вентиляцияобеспечиваетв теплый периодгода удалениетеплоизбытковиз производственногопомещения иподдержаниедопустимойтемпературывоздуха в рабочейзоне. Допустимыевеличины температуры,относительнойвлажности искорости движениявоздуха в рабочейзоне производственныхпомещений дляпостоянныхрабочих мести категорииработ среднейтяжести IIaприведены втаблице 9.1.

Таблица9.1

Нормированныезначения параметровсреды в рабочейзоне для категорииработ среднейтяжести IIaи постоянныхрабочих мест

Периодгода

Температура,°C

оптимальнаядопустимая

от до

Относительная

влажность,%

оптимальная допустимая

Скоростьвоздуха, м/с

оптимальная допустимая

Холодный

18ё20

40ё60

0,2

Ј0,3

Теплый

21ё23

40ё60

65 при 26°C

0,3

0,2 ё0,4

Кромеэтого предусмотренаместная вытяжнаявентиляция(см. чертеж) надрасстойнымшкафом, хлебопечью,так как в нихпроисходитсильное выделениеэнергии, и надагрегатами,в которыхпроизводитсяразделка, округлениеи закатка теста,так как на этихоперацияхпроисходитобсыпка тестамукой.

Поскольку, вцелях профилактикитепловых травм,температуранаружных поверхностейтехнологическогооборудованияили ограждающихего устройствне должна превышать45°С, расчитаемнеобходимуютолщину теплоизоляциидля расстойногошкафа.

Его стенкивыполнены изстальных листовиз стали 30ХГСАтолщиной

d_ст= 0.001 м,

имеющихкоэффициенттеплопроводности

l_ст= 45 Вт/(м*гр).

Теплоизоляционныйматериал представленпенополиуретаном,для которогокоэффициенттеплопроводности

l_из= 0,10 Вт/(м*гр).

Еетолщину определяемпо формуле:

где a₁и a₂ - общиекоэффициентытеплоотдачисоответственнок внутреннейповерхностистенок и отнаружной ихповерхности,согласно справочнымданным

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²*гр);

k - коэффициенттеплопередачииз рабочегопространстваагрегата вокружающуюсреду:

k = q_пот/(t_р- t_в)

при максимальнойтемпературерабочего пространстварасстойногошкафа

t_р = 75 °C

и температуревоздуха окружающейсреды

t_в = 25 °C

q_пот - удельныетепловые потеристенками:

q_пот = a₂* (t_ст-t_в),

Интенсивностьтепловогооблученияработниковот нагретыхповерхностейтехнологическогооборудованияне должна превышать100 Вт/м² приоблучении неболее 25% поверхноститела.

В этой связитемпературастенок

t_ст = q_пот /a₂ + t_в

т.е.t_ст = 100 / 10 + 25 = 35 °С

что меньшедопускаемойтемпературынаружной поверхностистенок расстойногошкафа t_{ст доп}= 45°C

Следовательнопринимаем

q_пот = 100 Вт/м²

Отсюда

k = 100/(75 - 25) = 2 Вт/(м²*гр)

Такимобразом, толщинатеплоизоляции,обеспечивающая35°C на наружной поверхностистенок расстойногошкафа, составляет30 мм.

Таккак температураповерхностейрасстойногошкафа выходитболее чем на2°С запределы допустимойвеличины температурывоздуха (смотритаблицу), торабочие местадолжны бытьудалены от нихна расстояниене менее 1 м.

Борьба с вреднымвоздействиемшума и вибраций

Шуми вибрацияоказываютвредное воздействиена работоспособностьчеловека. Шумвоздействуетна центральнуюнервную системуи утомляет,притупляяорганы слуха.Длительноевоздействиевибраций наорганизм человекавызывает вибрационнуюболезнь с потерейтрудоспособности.СН 3223 85 “Санитарныенормы допустимыхуровней шумана рабочихместах” устанавливаютуровень шумав цеху не более80 дБ. С цельюуменьшенияуровня шумаследует:

содержатьоборудованиев исправномрабочем состоянии;
своевременнопроводитьтехосмотрыи ремонты;
заменять механизмыиздающие повышенныйшум;
использоватьво вращающихсямеханизмахбесшумныеподшипникикачения искольжения;
применятьбесшумныецепные передачи;
правильноосуществлятьмонтаж и наладкуоборудования;
для защиты отвибрациииспользоватьвиброглушители;
для уменьшенияшума от вентиляторови насосовиспользоватьзвукоизолирующиекожухи.

Врасстойномшкафу основнымиисточникамишума являютсявентилятор,работающийпостоянно, инасос, включающийсяпри сливе воды.Максимальныйуровень шумапри работерасстойногошкафа бездополнительныхмероприятийпо борьбе сшумом составляетL_max = 90 Дб.

Дляуменьшенияшума, излучаемогоэтими агрегатамиприменяютсязвукоизолирующийкожух, изготовленныйиз стали 30ХГСАтолщиной 1 мм.Кожух крепитсяк расстойномушкафу черезэластичныепрокладки ине касаетсяповерхностейизолируемыхагрегатов.

Звукоизолирующаяспособностькожуха определяетсяпо формуле:

R_к= 20lg( m ґ ¦) - 60,

гдеm- масса 1 м² кожуха;

Для стали 30ХГСА,плотностьюr = 7900 кг/м³масса 1 м² кожухатолщиной 1 мм

m = 7900 ґ 0.001 ґ1 ґ 1 = 7,9 кг;

¦- частота звука.

Максимумуровня шумаприходитсяна частоту

¦= 1000 Гц.

Тогдакожух обладаетзвукоизолирующейспособностью

R_к= 20lg( 7,9 ґ 1000 ) -60 = 18 Дб

Требуемаязвукоизолирующаяспособностькожуха

R_ктреб= L_max - L_доп+ 5,

гдеL_доп- допустимыйуровень шумав помещении,

равныйL_доп = 80 Дб.

Следовательно

R_ктреб= 90 - 80 + 5 = 15 Дб

И,так как R_кіR_{к треб}, тозвукоизолирующийкожух обеспечиваетпонижениеуровня шумадо нормативныхвеличин.

Выводыпо охране трудаи окружающейсреды

Мероприятияпо охране трудапозволяют засчет небольшихзатрат свестик минимумупотери от внезапныхаварийныхситуаций, аиногда и предотвратитьих.

Внимательнопроанализироваввредности иопасностиприсущие данномупроизводствунужно и важносделать всевозможные шагипо их нейтрализациии недопущениюситуаций, вкоторых моглибы пострадатьработники.

Проектируемаясистема управленияиграет большуюроль в обеспечениибезопасностиработы с расстойнымшкафом, облегчаятруд работающихс ним и контроллируяпараметрыработы расстойногошкафа и не позволяявыйти им задопустимыепределы.

Всерассмотренныевыше мероприятияи требованияпо обеспечениюбезопасностипри работе срасстойнымшкафом ведутк снижениюуровня профессиональныхзаболеваний,производственноготравматизма,к уменьшениючисла поломокоборудованияи времени егопростоя, и, вконечном итоге,к увеличениюколичестваи улучшениюкачества выпекаемыххлебобулочныхизделий, чтопозволяетувеличитьрентабельностьпроизводстваи еще большесредств выделятьна мероприятияпо обеспечениюбезопасности.

Заключение

Внастоящемдипломномпроекте, посвященномпроектированиюсистемы управлениярасстойнымшкафом, былирассмотреныследующиевопросы:

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологиятиповых приемочныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей0,5 ё 5 кВт(в технологическойчасти);
технико-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом (в экономическойчасти);
обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Резюмируяописание выполненногопроекта, по егосодержаниюможно сделатьследующиевыводы:

спроектированнаясистема управленияпозволяетполностьюиспользоватьвнутренниересурсы перерабатываемогосырья, улучшитькачество выпекаемыхизделий, уменьшитьпроцент бракаи снизитьтрудоемкостьоперации расстойкитестовых заготовок;
разработаннаяполная математическаямодель процессовв расстойномшкафу позволяетлучше разобратьсяв принципахработы расстойногошкафа;
разработаннаяупрощеннаяматематическаямодель процессовв расстойномшкафу позволилапо выведеннойсистеме дифференциальныхуравнеий написатьпрограмму длярасчета параметровработы расстойногошкафа и егосистемы управления,которая можетбыть использованадля моделированияработы расстойногошкафа и проектируемойсистемы управленияна ЭВМ. Путемидентификациис работающимобразцом былавыявлена большаястепень сходстварасчетныхзначений сэкспериментальнымиданными, чтоговорит оправильностивыбранныхдопущений иупрощений,сделанных впроцессе разработкиданной модели;
путем расчетовна ЭВМ быливыбраны параметрысистемы управления,обеспечивающиезаданный режимработы расстойногошкафа;
была выбранарациональнаяи надежнаяконструкциясистемы управлениярасстойнымшкафом;
автоматизациятиповых приемочныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей,используемыхв конструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом, способствуетулучшениюкачества, уменьшениютрудоемкостии увеличениюскорости данныхиспытаний;
в экономическойчасти данотехнико-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом и определенаее экономическаяэффективность;
мероприятияпо охране трудаобеспечатбезопасностьработы обслуживающегоперсоналарасстойногошкафа.

Такимобразом, всепоставленныев задании поподготовкедипломногопроекта вопросыуспешно решены,а спроектированнаясистема управлениярасстойнымшкафом соответствуеттребованиям,изложеннымв исходныхданных к проекту.

Заключение

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности(в технологическойчасти);
расчет затратна ОКР по разработкеСУ расстойногошкафа (в экономическойчасти);
безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Резюмируяописание выполненногопроекта, по егосодержаниюможно сделатьследующиевыводы:

спроектированнаясистема управленияпозволяетполностьюиспользоватьвнутренниересурсы перерабатываемогосырья, улучшитькачество выпекаемыхизделий, уменьшитьпроцент бракаи снизитьтрудоемкостьоперации расстойкитестовых заготовок;
разработаннаяполная математическаямодель процессовв расстойномшкафу позволяетлучше разобратьсяв принципахработы расстойногошкафа;
разработаннаяупрощеннаяматематическаямодель процессовв расстойномшкафу позволилапо выведеннойсистеме дифференциальныхуравнеий написатьпрограмму длярасчета параметровработы расстойногошкафа и егосистемы управления,которая можетбыть использованадля моделированияработы расстойногошкафа и проектируемойсистемы управленияна ЭВМ. Путемидентификациис работающимобразцом былавыявлена большаястепень сходстварасчетныхзначений сэкспериментальнымиданными, чтоговорит оправильностивыбранныхдопущений иупрощений,сделанных впроцессе разработкиданной модели;
путем расчетовна ЭВМ быливыбраны параметрысистемы управления,обеспечивающиезаданный режимработы расстойногошкафа;
была выбранарациональнаяи надежнаяконструкциясистемы управлениярасстойнымшкафом;
автоматизацияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийиспользуемыхв конструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом асинхронныхдвигателейспособствуетулучшениюкачества, уменьшениютрудоемкостии увеличениюскорости данныхиспытаний;
в экономическойчасти расчитанытрудоемкостьэтапов ОКР поразработкесистемы управлениярасстойнымшкафом и распределениезатрат на материалыи основнуюзаработнуюплату работниковпо календарнымпериодам, атакже построенграфик готовностиразработки;
мероприятияпо охране трудаобеспечатбезопасностьработы обслуживающегоперсоналарасстойногошкафа.

Техноко-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом

Определениепотребностейнародногохозяйства вданной технике

ОпределениеэкономическойэффективностипроектируемойСУ расстойнымшкафом

З = С + Е_нЧК ® min,

С -себестоимостьприбора;

C₁= 10000 руб. - себестоимостьбазовой СУ

C₂= 15000 руб. - себестоимостьпроектируемойСУ

К - удельныекапитальныевложения впроизводственныефонды (определяютсякак нормированнаявеличина),

K = 0,9 ґC,

К₁=9000 руб.,

К₂=13500 руб.;

E_н - нормативныйкоэффициентэффективностикапитальныхвложений,

Е_н= 0,17.

Имеем:

З₁ = 10000 + 0,17ґ9000= 11530 руб.,

З₂ = 15000 + 0,17ґ13500= 17295 руб.

Минимальнаяоптовая ценабазовой ипроектируемойСУ:

Ц_м = С_нтґ(1 + Р_с),

Тогда:

Ц_м1 = 10000 ґ(1 + 0,15) = 11500 руб.;

Ц_м2 = 15000 ґ(1 + 0,15) = 17250 руб.

Расчетсравнительнойэкономическойэффективностипроведем поформуле:

где З₁,З₂ -приведенныезатраты наизготовлениебазового ипроектируемогоприбора;

В₁,В₂ -производительность(мощность) базовогои проектируемогоприбора;

В₂ / В₁ = 1,2

Р₁,Р₂ - доляамортизационныхотчисленийна реновацию(полное восстановление)базового инового прибора;

где Т_с - срокслужбы прибора;

Р₁= 1/2 = 0,5;

P₂ = 1/10 = 0,1

где Э_р^б -годовые эксплуатационныерасходы побазовому прибору;

Э_р = А + Р_т + Э_н,

где А - амортизациятехники, исчисляемаяисходя из еесрока службы(Т_с):

А = Ц_м / Т_с;

А₁ = 11500 / 2 = 5750 руб.

А₂ = 17250 / 10 =1725 руб.

Р_т - расходына текущийремонт техники,исчисляемыепо нормативув проценте кее стоимости:

Р_т = Ц_мґН_р / 100,

где Н_р - нормативрасхода средствна ремонт впроценте коптовой цене(3ё7%);

Р_т1 = 11500 ґ5 / 100 = 575 руб.

Р_т2 = 17250 ґ5 / 100 = 862,5 руб.

Э_н - расходына электроэнергию:

Э_н = М_тґТ_чґС_э ,

где М_т - потребляемаямощность, кВт;

Т_ч - времяработы техникиза год, ч;

С_э - стоимостьодного кВт-чэнергии;

С_э = 0,1 руб.

Тогда:

Э_н1 = 7500 ґ3,0 ґ 0,1 = 2250 руб.

Э_н2 = 7500 ґ2,5 ґ 0,1 = 1875 руб.

Откуда:

Э_р^н = Э_р2= 1725 + 862,5 + 1875 = 4462,5 руб.;

Э_р^б = Э_р1= 5750 + 575 + 2250 = 8575 руб. ,

следовательно:

Э_р^Б’ = 8575 ґ1,2 = 10290 руб.

Величины К₁,К₂ могут приниматьсяукрупненно

К_1,2= 0,05 ґ3_1,2;

Имеем:

К₁ = 0,05 ґ10000 = 500 руб.;

К₂ = 0,05 ґ15000 = 750 руб.;

Тогда: К’₁ =500 ґ 1,2 = 600 руб.

- среднегодовойвыпуск новогоприбора,

где N - потребностьнародногохозяйства впроектируемомприборе;

N = 20000 шт.

Т_п- периодпроизводства.

Т_п = 10 лет,

Откуда сравнительнаяэкономическаяэффективностьпроектируемойСУ составляет:

Экономическаяпрогрессивностьтехники - экономичностьее эксплуатации- определяетсяпо формуле

где Э_р^б,Э_р^Н - годовыеэксплуатационныерасходы позаменяемомубазовому ипроектируемомуновому устройству,

Е_ту- техническаяпрогрессивностьпроектируемогоприбора.

Таблица1 - СравнениепроектируемойСУ с аналогом

№ п/п	Наименованиепараметров	Улучшениепараметровпо сравнениюс аналогомA, раз	Значимостьm_j
1	Точностьподдержаниятемпературы	3	0.3
2	Точностьподдержаниявлажности	1.5	0.4
3	Ресурс	5	0.1
4	Безопасностьработы	2	0.2

Показательтехническойпрогрессивностипроектируемогоприбора:

где A_j- улучшениезначения j-гопараметрапроектируемогоприбора;

m_j- значениезначимостиj-го параметра;

n - количестворассматриваемыхпараметров.

С учетом табличныхзначений показательтехническойпрогрессивности

Е_ту= 3ґ0.3+1,5ґ0,4 + 5ґ0,1+2ґ0,2 = 2,4

В связи с этим,для проектируемойСУ:

Уровеньтехнико-экономическойпрогрессивностиустройства(Е_п) оцениваетсяпо формуле

Е_п = Е_туґЕ_ээ,

Для проектируемойСУ имеем:

Е_п = 2,4 ґ1,784 = 4,282

Э_фэ = Э_р^бґЕ_ту- Э_р^Н,

И, для проектируемойСУ:

Э_фэ = 8575 ґ2,4 - 4462,5 = 16117,5 руб.

Уровень хозрасчетнойэффективностиустройства:

где Ц_в - возможнаяцена проектируемойСУ;

Е_н - нормативныйкоэффициентэффективностикапитальныхвложений, равный0,15;

Ц_в = Ц_м + Э_ц.

Доля эффектау потребителя,включаемаяв цену проектируемогоустройства,может бытьрассчитанапо формуле:

Откуда дляпроектируемойСУ:

Ц_в = 17250 + 7496,5 = 24746,5 руб.

И уровеньхозрасчетнойэффективностипроектируемойСУ:

Для этого рассчитаемкоэффициентотносительнойцены проектируемогоустройствана единицуполезногоэффекта:

где Р_с - коэффициентрентабельностиизделия, отражающийотношениеприбыли ксебестоимостипродукции:

Р_с= 0,13 ё0,20.

При соблюденииуказанногоусловия Е_цо

Для нашей СУ:

То есть ценапроектируемойСУ на единицуполезногоэффекта в 2 разаменьше, чем уаналога.

Уровеньнароднохозяйственнойэффективностипроектируемогоприбора определяютпо формуле

где У_зр - затратына разработкуустройствав расчете наединицу егосерийногопроизводства:

У_зр = З_р / N,

Для проектируемойСУ:

У_зр = 152677 / 20000 = 7,63;

Экономическаячасть: расчетзатрат на ОКРпо разработкеСУ расстойногошкафа

Структурапланируемойк разработкеСУ расстойнымшкафом и данныео составе элементовСУ-аналогов

Таблица1 - СтруктураСУ расстойногошкафа

Элементыпривода	ТрудоёмкостьT_Oi,чел-ч	Коэф. новизны К_Н_i	Группа сложности	Коэф. сложностиK_СЛi
Корпусныедетали	450	0.50	2	1,3
Датчикиуровня воды	600	0.65	3	1,6
Циркуляционныйвентилятор	250	0.50	3	1,6
Электродвигательциркуляционноговентилятора	ПГИ	-	-	-
Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воздуха	2000	0.50	4	2,0
Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воды	1500	0.50	4	2,0
Датчик опаснойтемпературы	ПГИ	-	-	-
Сливнрйнасос	ПГИ	-	-	-
Фильтр воды	ПГИ	-	-	-
Электроклапанподачи воды	ПГИ	-	-	-
Системаподачи воды	1000	0.80	3	1,6
Системаслива воды	500	0.80	3	1,6
Блок питания	250	0.50	3	1,6
Электроннаясистема управления	4500	0.80	4	2,0
Предохранитель	ПГИ	-	-	-
Датчиктемпературы	ПГИ	-	-	-
Датчик влажности	350	0.50	4	2,0
Выключательпитания	ПГИ	-	-	-
Индикаторныелампы	ПГИ	-	-	-
Задатчиктемпературы	200	0.50	3	1,6
Задатчиквлажности	200	0.50	3	1,6
Электропроводка	400	0.50	2	1,3

К_Н_i=0,50Проектированиеэлементов поимеющимсяобразцам беззначительныхконструктивныхи размерныхизменений.

Группысложности икоэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементов СУберем из таблиц.

СтоимостьразработкиСУ-аналогаС_о=80000 руб.

РасчеттрудоемкостипроектированияСУ

Коэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементовопределяютсяпо группе сложности(см. таблицу1).

Подставляяв уравнение

значенияn, n_гэ, T_Oi, К_ПР,К_Н_iи К_СЛ_i,получим трудоемкостьпроектирования:

^чел.-ч.

Распределениетрудоемкостипо основнымэтапам ОКР

Этапы ОКР поразработкеСУ расстойногошкафа приведеныв таблице:

Таблица2 - Этапы ОКР

Номер этапа	Наименованиеэтапа
	РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта
	Разработкатехническогопроекта и рабочейдокументации
	Изготовлениеопытных образцов
	Заводскиеиспытания
	Государственныеиспытания

Т_ПР= Т_ОКР₁+Т_ОКР₂

Таблица3 - Трудоёмкостьэтапов разработкиСУ

наименованиеэтапа	удельныйвес этапа		Т_ОКР_j
	по трудоёмкостиq_Тj	по стоимостиq_Сj
РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта	0.28	0.23	5102,30
Разработкатехническогопроекта	0.37	0.36	6742,32
Изготовлениеопытных образцов	0.27	0.35	4920,07
Заводскиеиспытания	0.07	0.05	1275,57
Государственныеиспытания	0.01	0.01	182,22

Расчеттрудоемкости,стоимости идлительностицикла разработкиСУ

Суммарнаятрудоемкостьразработкиопределяетсякак сумматрудоёмкостиотдельныхэтапов:

^чел.-ч.

Общая длительностьцикла разработкиТ_Ц= 4 квартала.

С_ОКР=С_0*К_СЛ=С_0*

q_Ti*К_СЛi=С_0*

(T_0i/Т_ПР)К_СЛi,

где С₀- стоимостьразработкипривода-аналога.

С₀ = 80000 руб.

С_ОКР=80000ґ(450ґ1,3+600ґ1,6+250ґ1,6+2000ґ2,0+1500ґ2,0+

+1000ґ1,6+500ґ1,6+250ґ1,6+4500ґ2,0+350ґ2,0+200ґ1,6+

+200ґ1,6+400ґ1,3)/11844,615= 152677 руб.

Определениедлительностиэтапов и построениекалендарногографика разработкиСУ

Определимдлительностьэтапов разработки:

Т_Ц_j=Т_Ц*К_ПАРj*К_ПЕРj/А,[кварталы],

КоэффициентА рассчитываетсяпо формуле:

А=

(К_ПАРj*К_ПЕРj+К_ПАРj+1*К_ПЕРj+1)К_ПАРj,j+1-

К_ПАРj*К_ПЕРj=

=(1.4ґ1.25+1.25ґ4.6)ґ0.85+(1.25ґ4.6+3.2ґ2)ґ0.6+(3.2ґ2+1.7ґ3.15)ґ0.6+

+(1.7ґ3.15+1.9ґ2.3)ґ0.82-(1.25ґ4.6+3.2ґ2+1.7ґ3.15)=11,1875

После подстановкисоответствующихкоэффициентовполучим длительностиэтапов разработки:

Т_Ц1=0,626Т_Ц2=2,056Т_Ц3=2,288Т_Ц4=1,915Т_Ц5=1,562

Найдём совместнуюдлительностьдвух смежныхэтапов с учётомпараллельностивыполненияработ во времени:

Т_Цj,j+1= К_ПАРj,j+1(Т_Цj+Т_Цj₊₁)

Т_Ц1,2=2,28Т_Ц2,3=2,606Т_Ц3,4=2,522Т_Ц4.5=2,851

Рисунок1 - Календарныйграфик разработкиобъекта

Расчетраспределениятрудоемкостиэтапов по календарнымпериодам ипостроениеграфика готовностиразработкиСУ на конецкалендарногопериода

По данным расчётатрудоёмкостиэтапов ОКР икалендарногографика определяетсяраспределениетрудоёмкостиэтапов по календарнымпериодам (кварталам),суммарнаятрудоёмкостьразработкиобъекта накаждый календарныйпериод и показательготовности(D_гот,%) разработкина конец календарногопериода (см.таблицу 4). Считается,что трудоёмкостькаждого этапараспределяетсяпо времениравномерно.

Таблица4 - Распределениетрудоёмкостиэтапов по календарнымпериодам (кварталам),суммарнаятрудоёмкостьразработкиобъекта накаждый календарныйпериод и показательготовности(D_гот,%) разработкина конец календарногопериода

Этапы	q_Тj	Т_ОКР_j	К в а р т а л ы
			1	2	3	4
1	0.28	5102.296	5102.296
2	0.37	6742.319
3	0.27	4920.071
4	0.07	1275.574
5	0.01	182.225
Итого	1	18222.485	8632.936	5996.57	3434.69	159.29
D_гот,%

График показателяD_готприведён ниже(см.рис.2):

D_готґ10^-2, %

Кварталы

Рисунок2 - Показательготовностиразработкина конец календарногопериода

Расчет распределенияматериальныхзатрат и фондаосновной заработнойплаты по календарнымпериодам

Таблица5 - Материальныезатраты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_МЗj	С_МЗ_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.05	1755.79
2	0.36	54963.72	0.05	2748.19
3	0.35	53436.95	0.3	16031.08
4	0.05	7633.85	0.31	2366.49
5	0.01	1526.77	0.29	442.76
Итого	1	152677		23344.31	6003.06	9394.9	7584.81	362.55
D_МЗ,%

Таблица6 - Фонд основнойзаработнойплаты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_ЗПj	С_ЗП_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.3	10534.71
2	0.36	54963.72	0.3	16489.12
3	0.35	53436.95	0.1	5343.7
4	0.05	7633.85	0.15	1145.08
5	0.01	1526.77	0.15	229.02
Итого	1	152677		33741.63	17828.9	10864.39	4864.44	184.89
D_ЗП,%

Распределениезатрат на материалыи основнуюзаработнуюплату работниковпо календарнымпериодам (кварталам) показаны ввиде диаграмм(см.рис.3).

Рисунок 3 -Распределениезатрат на материалыи основнуюзаработнуюплату работниковпо календарнымпериодам (кварталам)

Обеспечениена рабочихместах нормативныхметерологическихусловий

Метерологическиеусловия характеризуютсяследующимипоказателями:

Температураокружающеговоздуха в помещении;
Относительнаявлажность;
Скорость движениявоздуха в помещении;
Интенсивностьтепловогоизлучения;
Температураповерхностей,ограждающихрабочую зону.

Этипоказателиоказываютвлияние наздоровье иработоспособностьобслуживающегоперсонала цеха.

Таблица1

Периодгода

Температура,°C

оптимальнаядопустимая

от до

Относительная

влажность,%

оптимальная допустимая

Скоростьвоздуха, м/с

оптимальная допустимая

Холодный

18ё20

40ё60

0,2

Ј0,3

Теплый

21ё23

40ё60

65 при 26°C

0,3

0,2 ё0,4

Кромеэтого предусмотренаместная вытяжнаявентиляциянад расстойнымшкафом, хлебопечью,так как в нихпроисходитсильное выделениеэнергии, и надагрегатами,в которыхпроизводитсяразделка, округлениеи закатка теста,так как на этихоперацияхпроисходитобсыпка тестамукой.

Поскольку,в целях профилактикитепловых травм,температуранаружных поверхностейтехнологическогооборудованияили ограждающихего устройствне должна превышать45°С, расчитаемнеобходимуютолщину теплоизоляциидля расстойногошкафа.

Его стенкивыполнены изстальных листовиз стали 30ХГСАтолщиной

d_ст= 0.001 м,

имеющихкоэффициенттеплопроводности

l_ст= 45 Вт/(м*гр).

Теплоизоляционныйматериал представленпенополиуретаном,для которогокоэффициенттеплопроводности

l_из= 0,10 Вт/(м*гр).

Ее толщинуопределяемпо формуле:

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²*гр);

k - коэффициенттеплопередачииз рабочегопространстваагрегата вокружающуюсреду:

k = q_пот/(t_р- t_в)

при максимальнойтемпературерабочего пространстварасстойногошкафа

t_р = 75 °C

и температуревоздуха окружающейсреды

t_в = 25 °C

q_пот - удельныетепловые потеристенками:

q_пот = a₂* (t_ст-t_в),

В этой связитемпературастенок

t_ст = q_пот /a₂ + t_в

т.е.t_ст = 100 / 10 + 25 = 35 °С

что меньшедопускаемойтемпературынаружной поверхностистенок расстойногошкафа t_{ст доп}= 45°C

Следовательнопринимаем

q_пот = 100 Вт/м²

Отсюда

k = 100/(75 - 25) = 2 Вт/(м²*гр)

- 132-

Содержание:

Страница:

Введение

Комплексвопросов, связанныхс разработкойи внедрениемавтоматизированныхсистем управлениятехнологическимоборудованиемминипекарен,используемымпри производствехлебобулочныхизделий в настоящеевремя можетуспешно решатьсяна базе сформировавшихсянаучных достиженийв области технологиихлебопекарногопроизводства,автоматизациипроизводственныхпроцессов иосвоенияинформационной,измерительнойи вычислительнойтехники.

Технологическиепроцессыхлебопекарногопроизводствахарактеризуютсямногокомпонентностьюисходногосырья, высокойстепеньюнеопределенностина различныхэтапах протеканияпроцесса производствапшеничногохлеба, нелинейнымизависимостямимежду параметрами,т.е. являются сложными системами.В большинствесвоем онипредставляютсобой сочетаниегидродинамических,тепловых,биохимическихи механическихпроцессов.

В всвязи с этимв данном дипломномпроекте предполагаетсярассмотретьследующиевопросы:

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологиятиповых приемочныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей0,5 ё 5 кВт(в технологическойчасти);
технико-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом (в экономическойчасти);
обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Спецчасть

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Процесспроизводствахлебобулочныхизделий делитсяна три основныестадии:

приготовлениетеста;
разделка тестовыхзаготовок;
выпечка хлеба,

которые,в свою очередь,делятся соответственнона технологическиеоперации:

замес тестаи его созревание;
деление тестана куски;
округлениетестовых заготовок;
предварительнаярасстойка;
закатка;
окончательнаярасстойка;
выпечка хлеба.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Однойиз важнейшихтехнологическихопераций выпечкихлебобулочныхизделий являетсяпроцесс расстойкитестовых заготовок.Расстойка тестаявляетсяпредпоследнейстадией производства,на которойпроисходит окончательнаяподготовкатестовой заготовкик процессувыпечки.

Прирасстойкепротекаютбиохимические,микробиологические,коллоидныеи физическиепроцессы.

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф на ееповерхностиконденсируетсявлага и интенсифицируетсяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к тестовойзаготовке. Врезультатеэтого скоростьпрогрева ееповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовую заготовку,предотвращаетее от заветривания.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовой заготовки температурыточки росы.

Послеудаления диоксидауглерода врезультатеформированиятестовой заготовки,он опять начинаетпродуцироватьсяхлебопекарнымидрожжами. Вначале расстойкипроцесс газообразованияпротекаетдостаточноинтенсивно( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивления(см. рис. 2.1) до первогоэкстремума).Это можно объяснитьповышением активностидрожжевыхклеток в результатенасыщениятестовой заготовкикислородомвоздуха послеее разделкии частичнымудалениемпродуктовжизнедеятельностидрожжей. Прирасстойкеобразующийсядиоксид углеродазадерживаетсятестом, чтоприводит к увеличениюего объема исозданию пористойструктуры.

рис 2.1.

Через определенноевремя наблюдаетсяспад интенсивностигазообразования( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивленияпосле первогоэкстремумамаксимума). Этообъясняетсяугнетениемдрожжевыхклеток продуктамиих жизнедеятельности.В этот периодвремени доэкстремумаминимума скоростиизмененияэлектрическогосопротивленияпроисходитадаптациядрожжей к новымусловиямжизнедеятельности(полностьюанаэробным).После этогоинтенсивностьгазообразованияувеличивается.

рис 2.2

При поступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф, когдатемпературазаготовкименьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, происходитдостаточносильная конденсациявлаги на поверхноститестовой заготовки.Конденсациявлаги приводитк ускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки(участок а-б).Достижениеэкстремумамаксимума вточке “б”соответствуетнагреву поверхноститестовой заготовкидо температурыточки росыокружающейсреды. Конденсациявлаги предотвращаетзаветриваниеповерхностии образованиетрещин приувеличениитестовой заготовкив объеме. Болеетого, насыщениевлагой поверхностногослоя тестовойзаготовкиобеспечиваетзакупоркукапилляров,что блокируетвыделениедиоксида углеводаиз тестовойзаготовки иповышаетгазоудерживающуюспособностьтеста.

Замедлениепрогрева тестовойзаготовки научастке “б-в”связан с уносомтепла в процессеиспарения влагис поверхности.Процесс испаренияизбыточнойвлаги с поверхноститестовой заготовкисовпадает спроцессоминтенсивногоразрыхлениятестовой заготовкиобразующимсядиоксидомуглерода. Точка“в” - экстремумминимум отражаетмомент стабилизацииструктурытеста, определяемойвнутреннимдавлением СО₂,реологическимисвойствами,соотношениемсвободной исвязаннойвлаги. Точка“в” - экстремумминимум скоростиизмененияповерхностногослоя тестовойзаготовкиявляется моментомготовноститестовой заготовкик выпечке, таккак дальнейшеепродолжениерасстойкиприводит куплотнениюповерхностногослоя за счетувеличенияпластическойсоставляющейобщей деформациитеста и процессафлуктуациигазовыделения,за счет снижениягазоудерживающейспособноститеста. Процессуплотненияповерхностногослоя тестовойзаготовкиприводит кускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки,т.е. кривая скоростиизменениятемпературыповерхностногослоя начинаетрасти. Росткривой продолжаетсядо точки “г”,после прохождениякоторой начинаетсяпроцесс интенсивногогазовыделения,связанногос резким снижениемгазоудерживающейспособноститеста, вызваннойпептизациейбелков и увеличениемжидкой фазы.После чеготестовая заготовканачинает оседать.В этот периодтакже наблюдаетсяснижение прогреватестовой заготовки( участок “г-д”см. рис.). Выпечкахлеба в периодвремени, соответствующийучастку “в г”,приводит кполучению хлебахудшего качества,чем в моментвремени соответствующийточке “в” - экстремумминимум, а научастке “г-д”- приводит кполучениюбрака.

Конструкциярасстойногошкафа

Расстойкатестовых заготовокпроисходитв расстойномшкафу. Расстойныйшкаф (см. чертеж)представляетсобой однокамерныйдвухдверныйметаллическийконтейнер степлоизолированнымистенками, имеющий габаритныеразмеры (ШґГґВ):1886 мм ґ 830 ммґ 2280 мм,вмещающий 3стандартные стеллажныетележки, размером450 ґ 660 мм.

Вверхней частирасстойногошкафа находитсяотсек, в которомрасположенасистема поддержаниятемпературно-влажностногорежима в камерерасстойногошкафа, включающаяв себя:

герметичнуюметаллическуюемкость дляводы;
нагревательныеэлементы (ТЭНы);
циркуляционныйвентилятор;
электроклапаныподачи воды;
фильтр поступающейводы;
сливной насос;
трубки системы подачи и сливаводы;
воздушныеканалы;
рабочие датчикивлажности,температурыи уровня воды;
датчики критическихзначений температурыи уровня воды;
выключателипитания иуправления;
задатчикитемпературыи влажности;
индикатортемпературы;
индикаторныелампы рабочихи аварийныхрежимов;
предохранителии автоматическиевыключатели;
электроннаясистема управления;
преобразовательчастоты;

Органы управлениярасстойнымшкафом и приборыиндикациинаходятся напанели управления,расположеннойв верхней частирасстойногошкафа.

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Важной с точкизрения конвекционнойтеплопередачиявляется скоростьобдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов. Онав большой степенивлияет на качество готового продукта.Поэтому в системеуправлениядолжна бытьпредусмотренавозможностьизмененияскорости обдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов путемрегулированияскорости вращенияприводногодвигателяциркуляционноговентилятора.

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Известно,что при нагреваниитела кинетическаяэнергия егомолекул возрастает.Частицы болеенагретой частитела, сталкиваясьпри своембеспорядочномдвижении ссоседнимичастицами,сообщают имчасть своейкинетическойэнергии. Этотпроцесс распространяетсяпо всему телу.То есть теплопроводностьпредставляетпроцесс распространенияэнергии междучастицами тела,находящимисядруг с другомв соприкосновениии имеющимиразличныетемпературы.Например, еслинагревать одинконец железногостержня, точерез некотороевремя температурадругого егоконца такжеповысится.Перенос теплотытеплопроводностьюзависит отфизическихсвойств тела,от его геометрическихразмеров, атакже от разноститемпературмежду различнымичастями тела.При определениипереноса теплотытеплопроводностьюв реальныхтелах встречаютсяизвестныетрудности,которые напрактике досих пор не решены.Эти трудностисостоят в том,что тепловыепроцессы развиваютсяв неоднороднойсреде, свойствакоторой зависятот температурыи изменяютсяпо объему; крометого, трудностивозникают сувеличениемсложностиконфигурациисистемы.

Одновременныйперенос теплотыконвекциейи теплопроводностьюназывают конвективнымтеплообменомобменом;он может бытьвынужденными свободным.Если движениерабочего телавызвано искусственно(вентилятором,компрессором,мешалкой идр.), то такойконвективныйтеплообменназывают вынужденным.Если же движениерабочего телавозникает подвлиянием разностиплотностейотдельныхчастей жидкостиот нагревания,то такой теплообменназывают свободным(естественным)конвективнымтеплообменом.

Прирасчете теплопередачиконвекциеймежду твердымтелом и газом(жидкостью)используютвыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґaґS,

гдеa - коэффициенттеплоотдачиот твердоготела к газу,

S - площадь поверхностиомываемоготвердого тела,

Т₂ и Т₁ - температурытела и газа.

При расчететеплопередачичерез плоскуюстенку используютследующеевыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґkґS,

S - площадь поверхностистенки;

(Т₂ - Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Коэффициенттеплопередачирасчитываетсяпо формуле

где d - толщинастенки;

l - коэффициенттеплопроводностистенки;

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенки;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенки.

a_общ =a_кон +a_изл .

Для расчетатеплоты, необходимойдля нагревател, пользуютсяформулойтеплоемкости:

Q = c ґ m ґDТ,

где с - коэффициенттеплоемкоститела;

m - масса тела;

DТ - разностьначальной иконечной температуртела.

Модельподдержаниязаданной температуры

Вовремя работырасстойногошкафа в егокамере протекаютсложные теплообменныепроцессы.

Основнымисточникомтепла в расстойномшкафу являютсянагревательныеэлементы (ТЭНы),находящиесяв потоке воздуха,циркуляциякоторогообеспечиваетсяциркуляционнымнасосом. Подогретыйвоздух передаеттепловую энергиютестовым заготовкам,прогревая их.Одновременночасть энергиирасходуетсяна прогревтележек, а частьэнергии теряетсяза счет теплопередачичерез стенкирасстойногошкафа. При работесистемы поддержаниязаданной влажностивместе с паромв камеру расстойногошкафа такжепопадает энергия.Следовательно,уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа выглядитследующимобразом:

Q_возд= Q_тэн + Q_пара- Q_теста - Q_тел- Q_ст,

гдеQ_возд -теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловойпоток с поверхностиТЭНов;

Q_теста - количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел - количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потерятепла черезстенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/dt),

гдеc_возд - теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха;

с_п- теплоемкостьперегретогопара;

d_п- влагосодержаниевоздуха.

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа.

dT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

Откуда:

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= a_тэнґS_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеa_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов;

S_тэн- площадьповерхностиТЭНов;

Т_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн- теплоемкостьматериалаТЭНов;

m_тэн- масса ТЭНов.

В связи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна допустимуювеличину, системауправленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, вносимыйс паром, расчитываетсяпо формуле:

Q_пара= (Р_{тен вл} / r) ґh_п,

r- теплотапарообразованияводы;

h_п - удельнаяэнтальпиянасыщенногопара.

Q_теста= a_тестаґ S_тестаґ (Т_возд- Т_теста),

где a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок;

S_теста- площадь поверхноститестовых заготовок;

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок;

m_теста- масса тестовыхзаготовок.

Q_тел= a_телґ S_телґ (Т_возд- Т_тел),

где a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек;

S_тел- площадь поверхноститележек;

Т_тел - температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек;

m_тел- масса тележек.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= k_cтґ S_стґ (Т_возд- Т_ос),

где k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки;

S_ст- площадь стеноккамеры расстойногошкафа;

Т_ос- температураокружающейсреды.

Следует учесть,что коэффициентытеплоотдачиконвекцией(a_тэн,a_теста,a_тел)и коэффициенттеплопередачиk_ст (такжезависящий откоэффициентовтеплоотдачиповерхностейстенок) в своюочередь зависятот многих факторов:от температурповерхностейи омывающейих среды, отскорости движенияпоследней, отее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости(в свою очередьтакже зависящихот температурысреды), от конфигурациии состоянияповерхностейи их геометрическихразмеров. Нахождениекоэффициентовтеплоотдачиконвекциейвозможно путемрешения системыдифференциальныхуравнений(Фурье-Кирхгофа,Навье-Стокса,сплошности(непрерывности),дифференциальногоуравнениятеплообмена,описывающегопроцесс теплоотдачина границахтела) с прибавлениемкраевых условий(геометрическиеусловия, характеризующиеформу и размерытела, в которомпротекаетпроцесс теплопередачи;физическиеусловия, характеризующиефизическиесвойства средыи тела; граничныеусловия, характеризующиепротеканиепроцессатеплопередачина границахтела; временныеусловия, характеризующиепротеканиепроцесса вовремени). Этовозможно лишьв некоторыхчастных случаяхпри использованииряда упрощений,причем полученныерешения невсегда согласуютсяс опытнымирезультатами.Поэтому изучениеконвективноготеплообменаразвивалось,как правило,экспериментальнымпутем. Однакочисто экспериментальноеизучение какого-либофизическогоявления имееттот недостаток,что его результатыимеют ограниченнуюценность, таккак применимылишь к частномуявлению. Эточрезвычайноусложняетэксперимент,заставляяопытным путемпроверитьзависимостьданного явленияот ряда факторов,а некоторыеявления зависятот многих переменных.На помощь вэтих случаяхприходит теорияподобия, позволяющаяв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты,распространитьих на целуюгруппу подобныхявлений. Подобныесистемы характеризуютсябезразмернымикомплексами,составленнымииз характеризующихявление величин,сохраняющимиодно и то жечисленноезначение. Такиевеличины носятназвание инвариантовили критериевподобия иобозначаютсясимволами,состоящимииз первых буквфамилий ученых,которые ихввели в употреблениеили вообщеработали вданной области.Для определениякритериевтепловогоподобия дляпередачи теплав движущейсясреде конвекцией используетсядифференциальноеуравнениетеплопроводностиФурье-Кирхгофасовместно сграничнымуравнениемтеплообмена.На основе уравненияподобия процессовопределяютсясоотношениямежду постояннымиподобия, и изкоторых путемподстановкиопределяютсякритерии тепловогоподобия:

Nu = a ґl / l - числоНуссельта.

Ре = u ґl / a - число Пекле.

Число Пеклеобычно преобразуетсяи представляетсяв виде двухкритериев:

a = l / (c ґr ),

тоPr = c ґr ґn / l,

где с - теплоемкостьсреды;

r - плотностьсреды;

l - коэффициенттеплопроводностисреды.

Gr = bґgґl³ґDt/n²,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.

Число ГрасгофаGr характеризуетсвободноеконвективноедвижение среды.

Критериальноеуравнениетеплопередачиконвекциейстроится потипу:

Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Для газов одинаковойатомности и,в частности,для воздуха,когда Pr = const, будемиметь:

Nu = F ( Re , Gr ).

Nu = F ( Re ).

u_кр = 2200 ґn / d.

Еще большуюпроблему представляетнахождениекоэффициентатеплоотдачиповерхностейтестовых заготовок.Это связанос тем, что припоступлениитестовых заготовокв расстойныйшкаф они прогреваютсязначительномедленнее, чемциркулирующаяв камере шкафапаровоздушнаясреда. Когдатемпературазаготовококазываетсяменьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, на ихповерхностиконденсируетсявлага, многократноувеличиваякоэффициенттеплоотдачии интенсифицируяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к поверхноститестовых заготовок,в результатечего скоростьпрогрева ихповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовые заготовки,также предотвращаетих от затвердеванияи от образованиятрещин приувеличениитестовых заготовок.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы (всвою очередьзависящей отпостоянноменяющихсятемпературыи влажностициркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха).Коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовокпри этом уменьшается,что влечет засобой уменьшениеинтенсивностиих прогрева.Таким образом,строгое математическоеописание коэффициентатеплоотдачиповерхноститестовых заготовокне представляетсявозможным.

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Относительнаявлажностьвоздуха в расстойномшкафу находитсяпо уравнению:

j_возд= r_п/ r_max,

гдеr_max- максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха приданной температуре;

гдеV_возд-объем циркулирующегов расстойномшкафу влажноговоздуха;

G_потерь - расходпара на конденсациюна стенкахкамеры расстойногошкафа и наповерхноститестовых заготовок;

G_пара - расходпара на увлажнениевоздуха в камерерасстойногошкафа:

G_пара = Р_тенвл / r ,

гдеr- теплотапарообразованияводы;

Максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха (r_max)зависит оттемпературыциркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха,а теплотапарообразованияводы (r) зависитот температурыводы. И еслипоследняя вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа практическинеизменна, тотемпературавоздуха меняетсяв заданномдиапазоне ив установившемсярежиме работырасстойногошкафа. А r_maxдовольно существеннозависит оттемпературывоздуха. Тоесть даже вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа r_maxбудет существенноменяться и этиизменения неописываютсяс большой точностьюматематически.

Конденсациюпара на стенкахможно практическипредотвратитьсделав достаточнойтеплоизоляциюстенок расстойногошкафа. Напротив,конденсацияпара на поверхноститестовых заготовокявляется неотъемлемойчастью технологическогопроцесса расстойкитестовых заготовок,напрямую влияющейна качествоготовой продукции,и происходитв первой половинепроцесса расстойки,до моментадостиженияповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы. Всвою очередь,температураточки росызависит отвлажности итемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа. Такимобразом, математическоеописание потерьпара на конденсациюне представляетсявозможным.

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

В связи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданнойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблагодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногерметичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Распишемвсе составляющиеэтого уравнения.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :

с_в = 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иотносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2,5 м³;

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2,5 = 2,775 кг;

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,008 м - диаметрТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,008 = 0,0503 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,008 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,008 / 16,96ґ10^-6= 2358,5

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 2358,5^0,6= 25,13 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 25,13 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,008 = 86,7 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 86,7 ґ0,0503 = 4,358 Вт/гр

Q_тэн= 4,358 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2500 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе 6

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,008 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,008)² / 4 = 0,714 кг.

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 3ґ10ґ0,45ґ0,66= 9 м²;

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ9 = 223,2 Вт/гр

Q_теста= 223,2 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=180шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:

m_теста= 180 ґ 0,46 = 82,8 кг,

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_тел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 3 ґ (10ґ0,45ґ0,66+ 4ґ4ґ0,02ґ1,8)= 10,5 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:Re= u ґl_тел / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_тел= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ10,5 = 63 Вт/гр

иQ_тел = 63 ґ(Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 75 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,8+0,7)+1,8ґ0,7)ґ2= 11,77 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина сталистенок расстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ h_ст ,

где l -коэффициенттеплопроводностивоздуха;

h_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициентподобия Нуссельта:

Для омываниягазами вертикальныхповерхностей:

Nu = 0,15ґ(Gr_воздґPr_возд)^1/3,

где Pr - числоПрандтляхарактеризуетсобой свойствасреды;

Gr = bґgґh_ст³ґDt/n²- число Грасгофа,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.Для газов можнопринять:

b = 1/T;

n- коэффициенткинематическойвязкости среды.

вторая составляющаяобщего коэффициентатеплоотдачи:

где e_ст- степень чернотыстенок:

e_ст = 0,9;

Т_ст - температурастенок, °С;

d_ст -постояннаяСтефана-Больцмана:

d_ст = 5,67Вт/(м₂ґК⁴).

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²ґгр);

Тогдакоэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ґ( 40 - 20 ) ґ 11,77 = 470,8Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Вовтором приближении:

Длявнутреннейповерхностистенок:

Pr₁= 0,699 (при T = 40 °С)

Учитывая,что при T = 40°С

n_возд= 16,96ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15ґ(Gr₁ґPr₁)^1/3=0,15ґ(2,7596ґ10⁹ґ0,699)^1/3=186,724

Откуда,учитывая, чтопри T = 40°С

l_возд= 2,756ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон1= Nu₁ґl_возд/h_ст=186,724ґ2,76ґ10^-2/1,85= 2,79 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²ґгр).

Аналогично,для внешнейповерхностистенок расстойногошкафа:

Pr₁= 0,703 (при T = 20 °С)

Учитывая,что при T = 20°С

n_возд= 15,06ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15ґ(Gr₂ґPr₂)^1/3=0,15ґ(3,7388ґ10⁹ґ0,703)^1/3=207

Откуда,учитывая, чтопри T = 20°С

l_возд= 2,59ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон2= Nu₂ґl_возд/h_ст=207ґ2,59ґ10^-2/1,85= 2,898 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₂= a_кон2+ a_изл2= 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²ґгр).

Коэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа во второмприближениисоставит:

откудапотери теплотычерез стенкирасстойногошкафа:

Q_ст = 1,87 ґ( 40 - 20 ) ґ 11,77 = 440,2Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Степеньрасхождениямежду первыми вторым приближениямидля каждой изэтих температур:

d_т’= 100 ґ ( 36 - 35,8 )/ 36 =0,6%;

d_т’= 100 ґ ( 24,6 - 24 )/ 24 =2,6%.

Этодопустимо. Вэтой связирезультатывторого приближенияпринимаем заокончательные.

Т’_cт>Т_р.

Т_р = 34,5°С.

Окончательнаяформула потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа, с учетомтого что

К_ст= k_cтґ S_ст= 1,87 ґ 11,77 = 22 Вт/гр,

запишетсякак

Q_ст= 22 ґ (Т_возд- Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

Системадифференциальныхуравнений

DT= T_зад - T_возд- сигнал рассогласования;

;

Q_тэн= 4,358 ґ (Т_тэн- Т_возд);

dT_тэн/dt= (2500 - Q_тэн)/(470 ґ0,714);

Q_теста= 223,2 ґ (Т_возд- Т_теста);

dT_теста/dt= (Q_теста + 150)/( 3000 ґ180);

Q_тел= 63 ґ (Т_возд- Т_тел);

dT_тел/dt= Q_тел / (500 ґ75);

Q_ст= 22 ґ (Т_возд- Т_ос);

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст;

dT_возд/dt= Q_возд /(1079ґ2,775).

Расчет и идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

рис4.1

рис.4.2

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Состав системыуправления

Всостав даннойсистемы управлениявходят следующиеэлементы:

Блок подогреваи увлажненияциркулирующеговоздуха
1. Конструктивныеэлементы
  1. Герметичнаяметаллическаяемкость ;
  2. Верхняя крышка;
  3. Крышка ТЭНов;
  4. Крышка датчиковуровня воды;
2. Нагревательныеэлементы (ТЭНы)
  1. ТЭН подогревавоздуха;
  2. ТЭН подогреваводы;
3. Элементы системподачи и сливаводы
  1. Фильтр поступающейводы;
  2. Электроклапанподачи воды;
  3. Электроклапанподачи водыдля очисткиот накипи;
  4. Наливные исливные трубопроводы;
  5. Сливной насос;
4. Элементы системыциркуляциивлажного воздуха
  1. Циркуляционныйвентилятор;
  2. Приводноймотор циркуляционноговентилятора(асинхронныйтрехфазныйдвигательАИР90Л4);
  3. Воздуховод;
5. Датчики
  1. Датчик температурыциркулирующеговоздуха;
  2. Датчик относительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
  3. Датчик предельнодопустимойтемпературыТЭНов;
  4. Датчики уровняводы
    1. Датчик максимальногоуровня воды;
    2. Датчик минимальногоуровня воды,при которомначинаетсяее доливка;
    3. Датчик опасного,вследствиеоголения ТЭНовподдержаниявлажности,уровня воды;
Блок электроннойсистемы автоматическогоуправления
1. Автоматическийотключатель;
2. Предохранители;
3. Преобразовательчастоты ACS 301-4P1-3фирмы АББ;
4. Система автоматическогоуправления;
5. Реле включенияТЭНов
  1. Реле включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  2. Реле включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
6. Трансформатордля питаниямотора сливногонасоса;
7. Задатчики
  1. Задатчик скоростивращенияциркуляционноговентилятора;
  2. Задатчик допускаподдерживаемойтемпературы;
8. Разъемы
  1. Разъем питания;
  2. Разъем датчиков;
  3. Разъем панелиуправления;
  4. Разъем сервисный,служащий дляналадки, контроляи поиска неисправностив системеуправлениярасстойнымшкафом;
Панель управления
1. Выключатели
  1. Выключательпитания;
  2. Выключательуправления;
2. Задатчики
  1. Здатчик температуры;
  2. Задатчиквлажности;
3. Индикатортемпературы;
4. Индикаторныелампы
  1. Лампа включенияпитания;
  2. Лампа возникновениянеисправности;
  3. Лампа включениясливного насоса;
  4. Лампа включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  5. Лампа включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

Система управленияобеспечиваетбезопасностьработы расстойногошкафа. Дляпредотвращенияпоследствийкоротких замыканийэлектрическиецепи питанияснабженыавтоматическимиотключателямии предохранителями.Для предотвращенияпораженияобслуживающегоперсоналапекарни электротокомвыполненозащитное зануление.Для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниятемпературыпредусмотрендатчик допустимойтемпературыданных ТЭНов,а для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниявлажностипредусмотрендатчик контроляминимальнодопустимогоуровня водыв блоке подогреваи увлажнения.При любойнеисправностисистема управленияотключает всеработающиеустройстваи подает сигналпутем зажиганияна панели управлениялампы неисправности.

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

МощностьТЭНов в системеуправлениярасстойнымшкафом должнаудовлетворятьследующимусловиям:

Должен бытьобеспеченбыстрый выходв установившийсярежим работырасстойногошкафа;
Периодичностьциклов включения-выключенияТЭНов не должнабыть оченьвысокой и слишкомнизкой;
Допустимаятемпературанагрева ТЭНовне должнапревышаться.

P_тэн =2500 Вт.

T_тэнвл = c_водыґm_водыґ(100 - T₁)/t,

гдеc_воды - теплоемкостьводы:

c_воды= 4200 Дж/(кгґгр);

m_воды- масса воды вблоке увлажненияи подогрева:

m_воды= 6 кг;

T₁- температураводы в началерасстойки:

T₁= 20°С.

Тогда:

T_тэнвл = 4200 ґ6 ґ (100 - 20)/ 540 = 3733Вт.

ВыбираемT_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Расчет циркуляционноговентилятора

Подборциркуляционноговентилятораосуществляетсяпо его объемнойпроизводительности(V_цир) и напору(Н_цир).

Объемнаяпроизводительностьрасчитываетсяпо формуле:

V_цир= u_воздґ f_шк/ 2 ,

гдеu_возд- скорость движениявоздуха в камерерасстойногошкафа:

u_возд=0,4 м/c

f_шк - площадьживого сечениякамеры расстойногошкафа:

f_шк = 1,26 м²,

тогда

V_цир = 0,4 ґ1,26 / 2 = 0,252 м³/c.

Напор определяетсяпутем аэродинамическогорасчета газовоготракта циркулирующейсреды по формуле:

Н_цир = 1,2 ґе DP,

где DP - основныеместные сопротивления:

DP = xґ u_возд²ґ r_возд,

где x -коэффициентместногосопротивления;

r - плотностьциркулирующеговоздуха.

Расчет местныхсопротивленийприведен втаблице 6.1

Таблица 6.1

Расчет местныхсопротивлений

Номер участка	r_возд,кг/м³	u_возд,м/с	x	DP, Па
1	1.11	12	0.5	79.92
2	1.11	12	2.5	399.6
3	1.11	5	0.25	6.94
4	1.08	5	1.15	31.05
5	1.08	24	0.42	261.27
6	1.08	36	0.47	657.85
7	1.08	36	1.15	1609.63
8	1.08	36	1	1399.68
9	1.11	0.4	2.3	0.41
Итого:				4446

Откуда:

Н_цир = 1,2 ґ4446 = 5335 Па.

Этот напор приобъемнойпроизводительности

V_цир = 0,252 м³/c

может обеспечитьцентробежныйвентиляторс приводныммотором мощностью:

N_эл = V_цирґН_цир / h_цир,

где h_цир- КПД приводногодвигателяциркуляционноговентилятора:h_цир=0,75.

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

Технологическаячасть

Технологическаячасть: автоматизацияпроцесса испытанийасинхронныхдвигателей0,5ё5,5 кВт

Автоматизированнаяустановка длятиповых, приемочныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей

Навтором этапеоперации снятияпоказанийприборов замененыобработкойинформациина мини-ЭВМ.

Программаиспытаний

ДляасинхронныхдвигателейГОСТ 183-74 предписываетпрограммуприемочныхиспытаний,определяющую:

измерениясопротивленияизоляции обмотокпо отношениюк корпусу машиныи между обмоткамии сопротивленийобмоток припостоянномтоке в практическихолодном состоянии;
определениекоэффициентатрансформации(длядвигателя сфазным ротором);
испытанияизоляции обмотокна электрическуюпрочностьотносительнокорпуса машиныи между обмоткамии на электрическуюпрочностьмежвитковойизоляции обмотокстатора и фазногоротора;
определениетока и потерьхолостогохода;
определениетока и потерькороткогозамыкания;
испытаниямашины приповышеннойчастоте вращенияи на нагревание;
определениеКПД, коэффициентамощности искольжения;
испытание накратковременнуюперегрузкупо току;
определениемаксимальноговращающегомомента, минимальноговращающегомомента в процессепуска, начальногопусковоговращающегомомента и начальногопускового тока(для двигателейс короткозамкнутымротором);
измерениявибраций иуровня шума.

Определениекоэффициентатрансформации,тока и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания

Определениекоэффициентатрансформации

k_T=U_ф1/U_ф2.

Определениепотерь холостогохода

Приопыте холостогохода измеряютлинейное напряжениеU₀_лмежду всемифазами, частотусети, линейныйток I₀_лстатора в каждойфазе и потребляемуюмощность.

Коэффициентмощности холостогохода вычисляетсякак:

cosj₀=P₀/(

U₀_лI_0л).

Результатыопыта холостогохода обычноизображаютграфически- путем построениязависимостипотерь P₀,фазного токаI₀ и коэффициентамощностиcosФ₀ в функциинапряжения.

Приприемо-сдаточныхиспытанияхизмеряют токи потери холостогохода лишь приноминальномзначении напряжения.

Определениетока и потерькороткогозамыкания.

Впроцессе опытаодновременноизмеряют подводимоенапряжение,ток статора(линейный токI_kкороткогозамыкания),потребляемуюмощностьP_k(kBт), начальныйпусковой момент(для электродвигателеймалой и среднеймощности), анепосредственнопосле опытаопределяютсопротивлениеr_1kобмотки статорамежду выводами,соответствующеетемпературев конце опыта.Начальныйпусковой моментM_п=M_к(Нм) измеряютпри опытединамометромили весами наконце рычага(которым заторможенротор, закрепляемымшпонкой насвободном концевала двигателя,или весамибалансирноймашины.

М_к=0.9*9550Р_км2/n_c,

Потери (кВт) вобмотке роторапри опыте короткогозамыкания:

P_км2=Р_к-Р_км1-Р_с,

гдеР_км1- потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания, кВт; Р_с- потерив стали, определяемыеиз опыта холостогохода, кВт.

Потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания:

Р_км1=I_k²r_1k/1000.

U_k=U_H/3,8 ,

гдеU_H-нормальноенапряжениедвигателя.

U_H,В... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

U_K,В... 33 58 100 115 130 173 800 1600 2640

Второйотсчет - принапряжении(1-0,1) U_H.ТребуемоенапряжениеU_kподают начинаяс минимальногозначения. Воизбежаниечрезмерногонагрева обмоток токами короткогозамыканиярекомендуетсяотсчет по приборампри каждомзначении подведенногонапряженияпроизводитьза время неболее 10с, а послеотсчета двигательсразу отключать.

Поданным опытакороткогозамыканияопределяюткоэффициентмощности:

cosj_k= P_k/(

U_kI_k).

рис.7.1,7.2

I_K.H=(U_H- U_K¹) I_K/(U_K- U_K¹)

гдеI_K,U_K- соответственнонаибольшиеток, А, и напряжение,В, измеренныев процессеопыта; U_H- номинальноенапряжение,В.

М_КН = (I_КН/I_К)²ґМ_К,

гдеМ_к- вращающиймомент принаибольшемнапряженииопыта короткогозамыкания, Нм.

ОпределениеКПД, коэффициентамощности искольженияпо рабочейхарактеристике

Рабочаяхарактеристика,то есть зависимостьпотребляемоймощности, тока,скольжения,КПД и коэффициентамощности отполезной мощности,снимается принеизменныхи номинальныхприложеннымнапряжениии частоте,изменяющейсянагрузке отхолостого ходадо 110 % номинальной(5-7 значений), итемпературе,близкой кустановившейсяпри номинальнойнагрузке. Впроцессе опытаизмеряют линейныенапряженияU_н и токI, потребляемуюмощность Р₁и скольжениеs двигателя.По результатамизмеренийопределяюткоэффициентмощности.

Дляконтроля коэффициентмощности находятпо отношениюпоказаний двухваттметров.

Суммапотерь асинхронного двигателявычисляетсякак:

Р_S=Р_м1+Р_м2+Р_с+Р_мех+Р_Д,

Если рабочуюхарактеристикунет возможностиснять при номинальномнапряжении,тогда ее определяютпри напряжении0.5U_HrH. Полученныерезультатыиспытанийв этом случаеможно привестик номинальномунапряжениюпо следующимформулам:

s₁=s_r;P₁=P_1r(U_H/U_r)²;

I=I_r(U_H/U_r)+DI₀;

DI₀=I₀sinj₀- I_0r(U_H/U_r)sinj_0r,

гдеs_r, I_r ,I_0r ,j_0r- величинысоответственноскольжения,потребляемоймощности, тока,тока холостогохода и уголмежду векторамитока и напряжения,измеренныепри холостомходе и напряженииU_r;s₁,P₁,I, I₀,sinj₀- аналогичныевеличины приноминальномнапряжении.

Значениетока при номинальномнапряжении:

Определениемаксимальногои минимальноговращающих моментов

Определениемаксимальноговращающего момента

Определениекривой вращающегомомента припуске.

Крометого, искажающеевлияние наначальную частьпроцесса пускаоказываютпереходныепроцессы привключении, ана машины сподшипникамискольжения- еще и высокоезначение ихначальногомомента трения.Для устраненияискажающихвоздействийприбегают кпредварительномувращению испытуемогодвигателя впротивоположномнаправлении,затем, изменяячередованиефаз, реверсируютдвигатель изаписываюткривую вращающихмоментов. Масштабмомента определяетсяпо значениюначальногопусковогомомента, получаемогоиз опыта короткогозамыкания. Призаписи кривоймомента приреверсированииначальныйпусковой моментсоответствуетчастоте вращения,равной нулю.

Способопределениямаксимальноговращающегомомента непосредственнымизмерениемвращающегомомента принагрузке.

Наиболее частов качествебалансирнойнагрузочноймашины используютгенераторпостоянноготока. Если генераторработает снеизменнымвозбуждениеми нагрузочнымсопротивлением,то зависимостьмомента отчастоты вращениябудет прямолинейной,исходящей изначала координат,с угловымкоэффициентом,пропорциональнымквадрату магнитногопотока Ф. Такойвид нагрузочнойхарактеристикипозволяетопределитьточку, в которойвращающиймомент испытуемогодвигателя имеетмаксимальнуювеличину. Однакочасто приходитсяснимать всюкривую М = f(s),включая еенеустойчивуючасть, для оценкипровалов кривоймоментов,вызванныхвлиянием синхронныхи асинхронныхмоментов отвысших гармоник.В этом случаевид нагрузочныхкривых долженбыть иным, чтобыобеспечитьустойчивыеточки пересеченияс кривой моментаиспытуемогодвигателя.Этого можнодобиться, например,изменяя возбуждениегенераторапри работе егона общую сетьпостоянноготока.

Вычислениемаксимальноговращающегомомента помощности навалу и частотевращения принагрузкеэлектродвигателя.

Испытуемыйасинхронныйдвигательмеханическисоединяют сгенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением.Изменениенагрузки двигателяпроизводятрегулированиенапряжениясети, на которуюработает нагрузочныйгенератор.Отсчеты производятпри установившихсяпоказанияхприборов.Предварительноснимают двехарактеристикимашины постоянноготока: холостогохода при постояннойчастоте вращенияв генераторномрежиме и зависимостьтока холостогохода от частотывращенияI₀ = f(n) припостоянномзначении токавозбуждения(это значениетока возбужденияостаетсянеизменнымпри определениимаксимальноговращающегомомента) вдвигательномрежиме безиспытуемогодвигателя.

Дляопределенияискомой кривойзависимостивращающихмоментов асинхронногодвигателя отчастоты вращенияпри испытанииизмеряют токякоря генераторапостоянноготока I_я и частотывращенияиспытываемогодвигателяn(об/мин).

Величинувращающегомомента (Нм)находят как:

М=9,55Е₀(I_я+I₀)/n,

гдеЕ₀-ЭДС холостогохода.

Пополученнойкривой М = f(n)определяеммаксимальныйвращающиймомент.

Определениеминимальноговращающегомомента.

Достаточноточное определениевеличины минимальноговращающегомомента асинхронногодвигателя имеетважное значение,так как снижениеего ниже допустимогопо стандартуможет привестик “застреванию”электродвигателяна малой частотевращения припуске под нагрузкой.Такой режимработы близокк режиму короткогозамыканияи являетсяаварийным.

Минимальныйвращающиймомент определяютодним из следующихспособов:

из кривой вращающегомомента, снятойс помощьюрегистрирующегоприбора в процессепуска;
при непосредственнойнагрузке балансирноймашины илигенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением(при нагрузкес помощью генераторапостоянноготока вращающиймомент определяютнепосредственноили с помощьютарированногогенератора)и при непосредственнойнагрузкетарированнойасинхронноймашиной, работающейв режиме противовключенияи включеннойв сеть с регулируемымнапряжением.

Первыедва способадополнительныхпояснений нетребуют. Третийспособ основанна том, что вращающиймомент нагрузочнойасинхронноймашины работающейв режиме противовключения,остается практическипостояннымв диапазонескольженийот 1 до скольжения,соответствующегоминимальномувращающемумоменту, и зависяттолько от величинынапряжения,подводимогок нагрузочноймашине. Дляизбежанияпровалов вкривой М = f(n)нагрузочнойасинхронноймашины в режимеэлектромагнитноготормоза рекомендуетсяв этой машинеувеличитьвоздушный зазормежду статороми ротором путемдополнительнойобработкиротора по наружномудиаметру, вцепь фазногоротора следуетвключитьдополнительныеактивныесопротивления,а в цепь статора- дополнительноиндуктивноесопротивление.Испытанияпроводят следующимобразом:

Нагрузочнаяасинхроннаямашина работаетв режиме противовключения,то есть магнитноеполе ее вращаетсяв сторонупротивоположнуювращению ротора,что создаетсоответствующийтормозноймомент дляиспытуемогодвигателя.Тормозноймомент регулируютподводимымк нагрузочноймашине напряжениемпри помощиисточникарегулируемогонапряжения.Нагрузочнуюасинхронную машину следуетзаранее протарировать,то есть определитьзависимостьвращающегомомента на валуот подводимогок машине напряженияпри работе еев режиме электромагнитноготормоза. Приэтом необходимоубедиться вотсутствиизначительныхколебанийвеличины тормозногомомента нагрузочноймашины прификсированномнапряжениив диапазонескольженияот 1 до 2. Одну иту же протарированнуюнагрузочнуюасинхроннуюмашину вследствиепостоянствамомента призаданном напряженииможно использоватьпри испытанииасинхронныхдвигателейс разныминоминальнымичастотамивращения.

Дляопределенияминимальноговращающегомомента нанагрузочнуюмашину подаютпониженноенапряжение,соответствующееопределенномузначению тормозноговращающегомомента. Одновременнос нагрузочноймашиной включаютна номинальноенапряжениеиспытываемыйдвигатель. Еслиминимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателяменьше тормозноговращающегомомента нагрузочноймашины, то агрегатзадержитсяна промежуточнойчастоте вращения,а если минимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателя вышетормозного,то агрегатдостигаетполной частотывращенияиспытываемогодвигателя.

Определениесоответствияноминальныхпоказателейдвигателейтребованиямстандартов

Номинальнымипоказателямиасинхронныхдвигателей,значения которыхустановленыв стандартахили техническихусловиях, являются:КПД h,коэффициентмощности cosj₀, максимальныймомент М_м,а для двигателейс короткозамкнутымротором, крометого, начальныйпусковой моментМ_п и начальныйпусковой токI_п.

Методыконтроля номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний

Зонына параметрыприемо-сдаточныхиспытаний ( I₀, I_к ,Р₀ и Р_к), рассчитанныепо номинальнымпоказателямэлектродвигателейс учетом допусковна эти показатели,позволяютосуществитьконтроль номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний.

Сэтой целью порезультатамприемо-сдаточныхиспытаний необходимонанести в координатах I₀-I_k;P₀-P_k;I_k-P_kточки соответствующиеполученнымзначениямпараметровприемо-сдаточныхиспытаний.Попадание точеквнутрь всехдопустимыхзон свидетельствуето соответствииноминальныхпоказателейиспытанногодвигателятребованиямтехническихусловий с учетомдопусков поГОСТу. Еслихоть одна точкавыходит запределы любойиз зон, этосвидетельствуето том, что покрайней мерепо одномуноминальномупоказателюэлектродвигательне удовлетворяетпредписаннымтребованиям.

Автоматизированнаяиспытательно-диагностическая система дляконтроля закачествомэлектродвигателейс использованиемЭВМ

рис.7.3

Данная системафункционируетсовместно сиспытательнымконвейером,имеющим 7 основныхпозиций испытанийасинхронныхдвигателей.На первой позициииспытательногостенда контролируетсяобрыв фаз, а навторой - сопротивленияизоляции обмотокотносительнокорпуса двигателяи между обмотками.На третьей ичетвертойпозицияхосуществляютсяиспытаниямежвитковойизоляции обмотокна электрическуюпрочность. Напятой позицииэлектродвигателиподвергаютсяиспытаниямв режимах холостогохода и короткогозамыкания.Шестая позицияпредназначенадля испытанийизоляции обмотокотносительнокорпуса и междуобмотками наэлектрическуюпрочность, аседьмая - длявибрационныхиспытаний.

Вовремя испытанийот позиций 1-4,6 и 7 через измерительнуюсистему навходы блокасопротивленияпоступаютбинарные сигналы.Если на соответствующейпозиции электродвигательне выдерживаетиспытания, товырабатывается“0” (низкийпотенциал),если выдерживает- сигнал “1”(высокийпотенциал).

Длякаждого годногоасинхронногодвигателяоформляютпротокол испытанийс указаниемреквизитовдвигателя.

Совершенствованиеалгоритма функционированияв программеЭВМ направленона обеспечениецифровогопрограммногоуправленияработой измерительногокомплекса ина использованиедополнительныхпроцедурконтрольно-измерительной,испытательнойи диагностическойработы дляповышениядостоверностии глубины контроляпараметрови диагностированияасинхронныхдвигателей.

Экономическаячасть

Экономическаячасть: техноко-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом

Определениепотребностейнародногохозяйства вданной технике

ОпределениеэкономическойэффективностипроектируемойСУ расстойнымшкафом

З = С + Е_нЧК ® min,

С -себестоимостьприбора;

C₁= 10000 руб. - себестоимостьбазовой СУ

C₂= 15000 руб. - себестоимостьпроектируемойСУ

К - удельныекапитальныевложения впроизводственныефонды (определяютсякак нормированнаявеличина),

K = 0,9 ґC,

К₁=9000 руб.,

К₂=13500 руб.;

E_н - нормативныйкоэффициентэффективностикапитальныхвложений,

Е_н= 0,17.

Имеем:

З₁ = 10000 + 0,17ґ9000= 11530 руб.,

З₂ = 15000 + 0,17ґ13500= 17295 руб.

Минимальнаяоптовая ценабазовой ипроектируемойСУ:

Ц_м = С_нтґ(1 + Р_с),

Тогда:

Ц_м1 = 10000 ґ(1 + 0,15) = 11500 руб.;

Ц_м2 = 15000 ґ(1 + 0,15) = 17250 руб.

Расчетсравнительнойэкономическойэффективностипроведем поформуле:

где З₁,З₂ -приведенныезатраты наизготовлениебазового ипроектируемогоприбора;

В₁,В₂ -производительность(мощность) базовогои проектируемогоприбора;

В₂ / В₁ = 1,2

Р₁,Р₂ - доляамортизационныхотчисленийна реновацию(полное восстановление)базового инового прибора;

где Т_с - срокслужбы прибора;

Р₁= 1/2 = 0,5;

P₂ = 1/10 = 0,1

где Э_р^б -годовые эксплуатационныерасходы побазовому прибору;

Э_р = А + Р_т + Э_н,

где А - амортизациятехники, исчисляемаяисходя из еесрока службы(Т_с):

А = Ц_м / Т_с;

А₁ = 11500 / 2 = 5750 руб.

А₂ = 17250 / 10 =1725 руб.

Р_т - расходына текущийремонт техники,исчисляемыепо нормативув проценте кее стоимости:

Р_т = Ц_мґН_р / 100,

где Н_р - нормативрасхода средствна ремонт впроценте коптовой цене(3ё7%);

Р_т1 = 11500 ґ5 / 100 = 575 руб.

Р_т2 = 17250 ґ5 / 100 = 862,5 руб.

Э_н - расходына электроэнергию:

Э_н = М_тґТ_чґС_э ,

где М_т - потребляемаямощность, кВт;

Т_ч - времяработы техникиза год, ч;

С_э - стоимостьодного кВт-чэнергии;

С_э = 0,1 руб.

Тогда:

Э_н1 = 7500 ґ3,0 ґ 0,1 = 2250 руб.

Э_н2 = 7500 ґ2,5 ґ 0,1 = 1875 руб.

Откуда:

Э_р^н = Э_р2= 1725 + 862,5 + 1875 = 4462,5 руб.;

Э_р^б = Э_р1= 5750 + 575 + 2250 = 8575 руб. ,

следовательно:

Э_р^Б’ = 8575 ґ1,2 = 10290 руб.

Величины К₁,К₂ могут приниматьсяукрупненно

К_1,2= 0,05 ґ3_1,2;

Имеем:

К₁ = 0,05 ґ10000 = 500 руб.;

К₂ = 0,05 ґ15000 = 750 руб.;

Тогда: К’₁ =500 ґ 1,2 = 600 руб.

- среднегодовойвыпуск новогоприбора,

где N - потребностьнародногохозяйства впроектируемомприборе;

N = 20000 шт.

Т_п- периодпроизводства.

Т_п = 10 лет,

Откуда сравнительнаяэкономическаяэффективностьпроектируемойСУ составляет:

Экономическаяпрогрессивностьтехники - экономичностьее эксплуатации- определяетсяпо формуле

где Э_р^б,Э_р^Н - годовыеэксплуатационныерасходы позаменяемомубазовому ипроектируемомуновому устройству,

Е_ту- техническаяпрогрессивностьпроектируемогоприбора.

Таблица8.1 - СравнениепроектируемойСУ с аналогом

№ п/п	Наименованиепараметров	Улучшениепараметровпо сравнениюс аналогомA, раз	Значимостьm_j
1	Точностьподдержаниятемпературы	3	0.3
2	Точностьподдержаниявлажности	1.5	0.4
3	Ресурс	5	0.1
4	Безопасностьработы	2	0.2

Показательтехническойпрогрессивностипроектируемогоприбора:

где A_j- улучшениезначения j-гопараметрапроектируемогоприбора;

m_j- значениезначимостиj-го параметра;

n - количестворассматриваемыхпараметров.

С учетом табличныхзначений показательтехническойпрогрессивности

Е_ту= 3ґ0.3+1,5ґ0,4 + 5ґ0,1+2ґ0,2 = 2,4

В связи с этим,для проектируемойСУ:

Уровеньтехнико-экономическойпрогрессивностиустройства(Е_п) оцениваетсяпо формуле

Е_п = Е_туґЕ_ээ,

Для проектируемойСУ имеем:

Е_п = 2,4 ґ1,784 = 4,282

Э_фэ = Э_р^бґЕ_ту- Э_р^Н,

И, для проектируемойСУ:

Э_фэ = 8575 ґ2,4 - 4462,5 = 16117,5 руб.

Уровень хозрасчетнойэффективностиустройства:

где Ц_в - возможнаяцена проектируемойСУ;

Е_н - нормативныйкоэффициентэффективностикапитальныхвложений, равный0,15;

Ц_в = Ц_м + Э_ц.

Доля эффектау потребителя,включаемаяв цену проектируемогоустройства,может бытьрассчитанапо формуле:

Откуда дляпроектируемойСУ:

Ц_в = 17250 + 7496,5 = 24746,5 руб.

И уровеньхозрасчетнойэффективностипроектируемойСУ:

Для этого рассчитаемкоэффициентотносительнойцены проектируемогоустройствана единицуполезногоэффекта:

где Р_с - коэффициентрентабельностиизделия, отражающийотношениеприбыли ксебестоимостипродукции:

Р_с= 0,13 ё0,20.

При соблюденииуказанногоусловия Е_цо

Для нашей СУ:

То есть ценапроектируемойСУ на единицуполезногоэффекта в 2 разаменьше, чем уаналога.

Уровеньнароднохозяйственнойэффективностипроектируемогоприбора определяютпо формуле

где У_зр - затратына разработкуустройствав расчете наединицу егосерийногопроизводства:

У_зр = З_р / N,

Для проектируемойСУ:

У_зр = 152677 / 20000 = 7,63;

Охранатруда и окружающейсреды

Охранатруда и окружающейсреды: обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах

Наорганах зренияотрицательносказываетсяи чрезмерноеосвещение.Чрезмернаяосвещенностьприводит кслепимости,при этом глазаработающегоперсоналабыстро устаюти зрительноевосприятиеухудшается.

Приправильнорасчитанноми выполненомосвещениипроизводственныхпомещений глазаработающегоперсонала втечение продолжительноговремени сохраняютспособностьхорошо различатьпредметы иорудия труда,не утомляясь.

Нарабочих местахосвещенностьнормируетсясогласно СНиП23-05-95 “Нормы проектирования.Естественноеи искусственноеосвещение.”

ДанныйСНиП нормируетпоказателиосвещенностив зависимостиот разрядазрительныхработ, которыйвыбираетсяиз Таблицы поотношениюdmin/l, где

d_min-размер объектаразличения,м;

l-расстояниеот него до глазработника, м.

Таблица9.2

Определениеразряда зрительныхработ

Разряд	dmin/l
I	Ч10^-3
II	0,3Ч10^-3ё0,6Ч10^-3
III	(0,6 ё1)Ч10^-3
IV	(1 ё 2)Ч10^-3
V	(2 ё 10)Ч10^-3
VI	>10Ч10^-3

Исходяиз данных таблицывыбираем пятыйразряд зрительныхработ.

Расчетестественногоосвещения

Сучетом многоэтажностипроизводственныхзданий, в нашемслучае возможнотолько боковоеестественноеосвещение.

гдеS_п - площадьпола:

S_п= 16 ґ20 = 320 м²;

к_з- коэффициентзапаса, учитывающийпотеру освещенностииз-за запыленностиокон:

к_з= 1,2;

е - коэффициентестественногоосвещения - дляпятого разрядазрительныхработ и боковогоосвещения:

е= 1%;

h₀- световаяхарактеристиказдания:

h₀= 10;

к_зд= 1;

r₀- общий коэффициентсветопропускания:

r₀= 0,6;

r₁ - коэффициентувеличенияосвещенностиза счет отражениясвета от пола:

r₁ = 1,2.

Такимобразом, площадьсветовых проемов

Площадьстен:

S_ст= (16+ 20) ґ2ґ3,5 = 252 м²;

Найдемпроцентноеотношениеплощади окони площади стен:

(53,3/252)* 100% = 21,15%.

Расчетискусственногоосвещения

Всвязи с тем,что естественногоосвещениянедостаточнои с учетомгруглосуточногографика работыпекарни, необходимоприменять общееискусственноеосвещение. Дляэтого освещенияиспользуютсямноголамповыесветильникитипа ЛСП слюминесцентнымилампами ЛБ-40,ЛБ-60 и ЛБ-80.

СНиП23-05-95 устанавливаетнорму освещенностив цехе 300 Лк дляобщего освещенияи работах малойточности. Даннаянорма в цехевыдерживаетсядля пятогоразряда подразрядазрительныхработ.

Произведемрасчет количестваламп, обеспечивающихтребуемуюосвещенностьпомещения:

гдеE - минимальнаяосвещенностьпо норме:

E = 300Лк;

k - коэффициентзапаса лампы,необходимыйдля компенсациипотерь освещенияиз-за ее запыленности:

k = 1,5;

Z -отношениесредней и минимальнойосвещенности:

Z = 1,1;

F -световой потокодной лампы:

F = gґ P_л,

гдеg - светоотдачалампы:

длялюминесцентныхламп: g =45 лм/Вт;

P_л- мощность лампы:

Выбираемлюминесцентныелампы

ЛБ-60мощностью P_л= 60 Вт;

Тогдасветовой потоклампы:

F = 45 ґ60 = 2700 лм

h- коэффициентиспользованиясветовогопотока:

h= 0,59 є 59%;

S_п- площадь помещения:

S_п= 16 ґ 20 = 320 м².

Витоге

Выбираемсветильникис люминесцентнымилампами ЛСП02 2*90.В каждом такомсветильникеразмещаетсяпо 2 лампы типаЛБ-60, т.е. всегонеобходимо

N_св= N / 2 =102 / 2 = 51 Светильник

Итак,рациональноустроенноеосвещениесоздает достаточнуюравномернуюосвещенностьпроизводственногопомещения,сохраняетзрение рабочегоперсонала,уменьшаеттравматизм,позволяетповышатьпроизводительностьтруда, влияетна уменьшениепроцента бракаи улучшениекачества выпекаемыхизделий.

Заключение

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологиятиповых приемочныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей0,5 ё 5 кВт(в технологическойчасти);
технико-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом (в экономическойчасти);
обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Резюмируяописание выполненногопроекта, по егосодержаниюможно сделатьследующиевыводы:

спроектированнаясистема управленияпозволяетполностьюиспользоватьвнутренниересурсы перерабатываемогосырья, улучшитькачество выпекаемыхизделий, уменьшитьпроцент бракаи снизитьтрудоемкостьоперации расстойкитестовых заготовок;
разработаннаяполная математическаямодель процессовв расстойномшкафу позволяетлучше разобратьсяв принципахработы расстойногошкафа;
разработаннаяупрощеннаяматематическаямодель процессовв расстойномшкафу позволилапо выведеннойсистеме дифференциальныхуравнеий написатьпрограмму длярасчета параметровработы расстойногошкафа и егосистемы управления,которая можетбыть использованадля моделированияработы расстойногошкафа и проектируемойсистемы управленияна ЭВМ. Путемидентификациис работающимобразцом былавыявлена большаястепень сходстварасчетныхзначений сэкспериментальнымиданными, чтоговорит оправильностивыбранныхдопущений иупрощений,сделанных впроцессе разработкиданной модели;
путем расчетовна ЭВМ быливыбраны параметрысистемы управления,обеспечивающиезаданный режимработы расстойногошкафа;
была выбранарациональнаяи надежнаяконструкциясистемы управлениярасстойнымшкафом;
автоматизациятиповых приемочныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей,используемыхв конструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом, способствуетулучшениюкачества, уменьшениютрудоемкостии увеличениюскорости данныхиспытаний;
в экономическойчасти данотехнико-экономическоеобоснованиевнедрениясистемы управлениярасстойнымшкафом и определенаее экономическаяэффективность;
мероприятияпо охране трудаобеспечатбезопасностьработы обслуживающегоперсоналарасстойногошкафа.

Приложения

Приложение1: программадля расчетатермодинамическихпроцессов идля исследованияработы СУ расстойногошкафа

programDiplom_S;{Расчеттермодинамическихпроцессов врасстойномшкафу}

Const

t_tenz =650;{МаксимальнодопустимаятемператураТЭНов}

p_tenz =2500;{МощностьТЭНов}

q_test_vid =150;{Энергия, выделяемаяв тесте}

dttz =0.5;{Допуск наотклонениетемпературыот заданной}

VAR

t_z,t_v,t_ten,t_test,t_tel,t_os,dtt,dtt0:real;

t,dt,tk : real;

k_v,k_ten,k_test,k_tel,k_st : real;

c_v,c_test,c_tel,c_ten : real;

m_v,m_test,m_tel,m_ten : real;

q_v,q_ten,q_test,q_tel,q_st,p_ten : real;

dt_test,dt_tel,dt_v,dt_ten : real;

outf : text;

procedure diff (varx:real; dx:real; dt:real);{Процедураинтегрирвания}

begin

x := x + dx * dt;

end;

BEGIN

assign (outf,'ds1.out');

Rewrite (outf);

t_z :=40;{ЗаданнаятемператураТЭНов}

t_v :=20;{Начальнаятемпературавоздуха в шкафу}

t_test:=25;{Начальнаятемпературатестовых заготовок}

t_tel :=20;{Начальнаятемпературатележек}

t_ten :=20;{НачальнаятемператураТЭНов}

t_os:=20;{Температуравоздуха окружающейсреды}

dtt := t_z -t_v;{Начальныйсигнал рассогласования}

t := 0;{Времяначала процесса}

dt := 1;{Шагинтегрирования}

tk :=3660;{Продолжительностьрасстойки}

k_ten :=86.7*Pi*0.008*2;{КоэффициентТЭНов}

k_test:= 24.8 *9;{Коэффициенттеста}

k_tel:= 6 *11.5;{Коэффициенттележек}

k_st := 1.87 *11.77;{Коэффициентстенок}

c_v :=1079;{Теплоемкостьвоздуха}

c_test:=3000;{Теплоемкостьтеста}

c_tel:=500;{Теплоемкостьтележек}

c_ten :=470;{ТеплоемкостьТЭНов}

m_v :=1.11*2.5;{Масса воздуха}

m_test :=0.46*180;{Масса теста}

m_tel:=75;{Масса тележек}

m_ten:=(7100*2*Pi*sqr(0.008))/4;{МассаТЭНов}

while t

q_ten:= k_ten *(t_ten - t_v);{ВыделяемаяТЭНами энергия}

q_test:= k_test *(t_v - t_test);{Потребляемаятестом энергия}

q_tel:= k_tel *(t_v - t_tel);{Потребляемаятележкамиэнергия}

q_st := k_st * (t_v- t_os);{Расход энергиичерез стенки}

q_v := q_ten -q_test - q_tel - q_st;{Тепловойбаланс}

dt_ten:=(p_ten-q_ten)/(c_ten*m_ten);{СкоростьизменениятемпературыТЭНов}

dt_test:=(q_test+q_test_vid)/(c_test*m_test);{Скоростьизменениятемпературытеста}

dt_tel:=q_tel/(c_tel*m_tel);{Скоростьизменениятемпературытележек}

dt_v := q_v / (c_v* m_v);{Скоростьизменениятемпературывоздуха}

if Frac(t/10) = 0then

writeln(t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10);{Выводрезультатов}

writeln(outf,t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10,' ',t_test:10:10);

dtt0:=dtt;{Сигнал рассогласованияв предыдущиймомент времени}

dtt:= t_z -t_v;{Сигнал рассогласования}

if ((dtt >= dttz)OR ((dtt > -dttz) AND (dtt0 > dtt))) AND (t_ten

p_ten := p_tenz

else p_ten :=0;{Включение/выключениеТЭНов}

diff(t_ten,dt_ten,dt);{НахождениетемпературыТЭНов}

diff(t_test,dt_test,dt);{Нахождениетемпературытеста}

diff(t_tel,dt_tel,dt);{Нахождениетемпературытележек}

diff(t_v,dt_v,dt);{Нахождениетемпературывоздуха}

t := t +dt;{Инкрементвремени}

end;{Конецрасчета}

close (outf);

END.

Приложение2: спецификацияк сборочномучертежу

Списокиспользуемойлитературы

Алешина О.Н.Конспект лекцийпо курсу “Экономикапроизводстваи организацияпланирования.”
Афонина О.А.,Иванов С.П.Методическиеуказания повыполнениюраздела “Охранатруда” в дипломныхработах.
Ауэрман Л.Я.Технологияхлебопекарногопроизводства.
Бормотова В.А.Методическиеуказания повыполнениюорганизационно-экономическойчасти дипломныхпроектов.
Буриченко А.А.Охрана трудав гражданскойавиации.
Воронина А.А.,Шибенко Н.Ф.Безопасностьтруда в электроустановках.
ВулаковичМ.П., Ривкин С.Л.,АлександровА.А. Таблицытеплофизическихсвойств водыи водяногопара.
Гольдберг О.Д.Испытанияэлектрическихмашин.
Кавецкий Г.Д.,Васильев Б.В.Процессы иаппараты пищевойтехнологии.
Камладзе О.Г.Конспект лекцийпо курсу “АПР.”
КалинушкинМ.П. Вентиляторныеустановки.
Кораблев В.П.Электробезопасность.
Крылов В.А., ЯровВ.Н. Методическиеуказания кдипломномупроектированиюпо курсу “Охранатруда”.
Нащокин В.В.Техническаятермодинамикаи теплопередача.
Поляков Д.Б.,Круглов И.Ю.Программированиев среде ТурбоПаскаль.
Справочникпо элементарнойфизике. Подред. Д.И.Сахарова.
СвенчанскийА.Д. Электрическиепромышленныепечи
СудзиловскийН.Б. Конспектлекций по курсу“Теория следящихсистем.”
Теплотехника.Под ред. А.П.Баскакова
Теплоэнергетикаи теплотехника.Под ред. В.А.Григорьеваи В.М. Зорина
Черных В.Я., СалапинМ.Б. Применениемикро-ЭВМ дляконтроля иуправлениятехнологическимипроцессамипроизводствапшеничногохлеба.
Яров В.Н., МалькоЛ.И. Методическиеуказания кдипломномупроекту “Защитаот шума и вибраций”.

Охранатруда и окружающейсреды

Обеспечениенормативногоуровня освещенностина рабочихместах

Рациональноеосвещениедолжно удовлетворятьряду требований:должно бытьдостаточным,чтобы глазабез напряжениямогли различитьрассматриваемыедетали; постояннымпо времени, дляэтого напряжениев питающей сетине должно колебатьсябольше чем на4%; равномернораспределеннымпо рабочимповерхностям,чтобы глазуне приходилосьиспытыватьрезкого светевогоконтраста; невызывать слепящегодействия органовзрениячеловекакак от самогоисточникасвета, так и ототражающихповерхностей,находящихсяв поле зрениячеловека (уменьшениеблесткостисвета достигаетсяприменениемсветильников,рассеивающихсвет); не вызыватьрезких тенейна рабочихместах, в проездах,проходахприправильномрасположениисветильников;быть безопасным- не вызыватьвзрыва, пожарав помещениях.

d_min- размер объектаразличения,м;

l- расстояниеот него до глазработника, м.

Таблица1

Определениеразряда зрительныхработ

Разряд	dmin/l
I	Ч10^-3
II	0,3Ч10^-3ё0,6Ч10^-3
III	(0,6 ё1)Ч10^-3
IV	(1 ё 2)Ч10^-3
V	(2 ё 10)Ч10^-3
VI	>10Ч10^-3

Исходя из данныхтаблицы выбираемпятый разрядзрительныхработ.

Расчет естественногоосвещения

где S_п - площадьпола:

S_п= 16ґ20 = 320 м²;

к_з- коэффициентзапаса, учитывающийпотеру освещенностииз-за запыленностиокон:

к_з = 1,2;

е - коэффициентестественногоосвещения - дляпятого разрядазрительныхработ и боковогоосвещения:

е = 1%;

h₀ - световаяхарактеристиказдания:

h₀ = 10;

к_зд = 1;

r₀ - общий коэффициентсветопропускания:

r₀ = 0,6;

r₁ - коэффициентувеличенияосвещенностиза счет отражениясвета от пола:

r₁ = 1,2.

Таким образом,площадь световыхпроемов

Площадь стен:

S_ст = (16+ 20) ґ2ґ3,5 = 252 м²;

Найдем процентноеотношениеплощади окони площади стен:

(53,3/252) * 100% = 21,15%.

Расчет искусственногоосвещения

Произведемрасчет количестваламп, обеспечивающихтребуемуюосвещенностьпомещения:

где E - минимальнаяосвещенностьпо норме:

E = 300 Лк;

k - коэффициентзапаса лампы,необходимыйдля компенсациипотерь освещенияиз-за ее запыленности:

k = 1,5;

Z - отношениесредней и минимальнойосвещенности:

Z = 1,1;

F - световой потокодной лампы:

F = g ґP_л,

где g -светоотдачалампы:

для люминесцентныхламп: g =45 лм/Вт;

P_л - мощностьлампы:

Выбираемлюминесцентныелампы

ЛБ-60 мощностьюP_л = 60 Вт;

Тогда световойпоток лампы:

F = 45 ґ 60 = 2700 лм

h - коэффициентиспользованиясветовогопотока:

h = 0,59 є59%;

S_п - площадьпомещения:

S_п = 16 ґ20 = 320 м².

В итоге

N_св = N / 2 =102 / 2 = 51 Светильник

Охранатруда и окружающейсреды

Безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом

Проектируемыйсистема управленияпредназначенадля расстойногошкафа, входящегов минипекарню,имеющую в своемсоставе следующиевиды оборудованиядля выпечкихлебобулочныхизделий:

месильнаямашина длязамеса опарыс объемнымдозатором мукии дозировочнойстанцией дляжидких компонентов;
агрегат дляброжения опары;
месильнаямашина длязамеса теста;
тестоделительнаямашина;
округлитель;
закаточнаямашина;
расстойныйшкаф;
хлебопечь.

Проведеманализ опасностейи вредностейимеющих местопри работе срасстойнымшкафом в составеминипекарни.

На основе анализатехнологическихпроцессовданного производстваможно выделитьвредности иопасностиприсущие ему.Таковыми являются:

технологическоеоборудование;
электроприборыи электропроводка;
плохие метерологическиеусловия нарабочих местах(температура,влажность ит.п.);
шум и вибрации;
недостаточнаяосвещенностьна рабочихместах.

Далеерассмотренынекоторые мерыи требованияпо обеспечениюбезопасноститруда при работес расстойнымшкафом.

Безопасностьработы технологическогооборудования

нагревательныеэлементы (ТЭНы);
парогенератор;
циркуляционныйвентилятор;
насос;
блоки системыуправления.

Всеэти агрегатысобраны подзащитным кожухомв верхней частирасстойногошкафа.

Всеэто исключаетэксплуатациюрасстойногошкафа в неисправноми опасном дляперсоналахлебопекарни,состоянии.

Электробезопасность

Наоснове Правилустройстваэлектроустановок(ПУЭ-92) помещениецеха, где производитсявыпечка хлебапо степениопасностипораженияэлектротокомотносят к помещениямособо опасным,так как температурав цехе t>30°С,влажностьвоздуха j>75%,полы в помещениитокопроводящие.Поэтому необходимопринять особыемеры электробезопасности,исходя из требованийГОСТ 12.2.007.0-75 “ССБТ.Изделия электротехнические.Общие требованиябезопасности”;ГОСТ 12.1.030-81 “ССБТ.Электробезопасность.Защитное заземлениеи зануление”.

I_з = U_ф/ (R_з +R₀) = 220 / (4 + 4) = 27,5 А,

анапряжениена заземленномкорпусе

U_з = I_зґR_з = 27,5 ґ4 = 110 В.

Основноетребованиебезопасностик занулениюзаключаетсяв том, чтобыобеспечитьсрабатываниезащиты за долисекунды призамыканияхна корпус. Длянадежного ибыстрого отключениянеобходимо,чтобы ток короткогозамыкания I_кзпревосходил номинальныйток отключающего автомата:

I_кзі kґ I_ном,

гдеI_ном - номинальныйток отключенияавтомата,

k - кратностьтока короткогозамыканияотносительнотока отключенияавтомата.

Дляотключающихавтоматов степловым расцепителемс обратно зависимойот тока характеристикойk = 3.

Токкороткогозамыканияопределяетсяпо формуле:

гдеZ_т - полноесопротивлениетрансформатора;

Z_ф-полное сопротивлениефазного провода;

Z_нп- полное сопротивлениенулевого провода;

Z_нпЈZ_ф

Внашем случае:

k = 3;

I_ном= 100 А;

Z_т = 0,5 Ом;

Z_ф= 0,4 Ом;

Z_нп= 0,1 Ом.

Тогда:

Следовательноусловие 330 і3 ґ 100 выполняетсяи отключениепри замыканиипроизойдетнадежно и быстро.

Борьбас вреднымвоздействиемшума и вибраций

содержатьоборудованиев исправномрабочем состоянии;
своевременнопроводитьтехосмотрыи ремонты;
заменять механизмыиздающие повышенныйшум;
использоватьво вращающихсямеханизмахбесшумныеподшипникикачения искольжения;
применятьбесшумныецепные передачи;
правильноосуществлятьмонтаж и наладкуоборудования;
для защиты отвибрациииспользоватьвиброглушители;
для уменьшенияшума от вентиляторови насосовиспользоватьзвукоизолирующиекожухи.

Звукоизолирующаяспособностькожуха определяетсяпо формуле:

R_к= 20lg( m ґ ¦) - 60,

где

m -масса 1 м² кожуха;

Для стали 30ХГСА,плотностьюr = 7900 кг/м³масса 1 м² кожухатолщиной 1 мм

m = 7900 ґ 0.001 ґ1 ґ 1 = 7,9 кг;

¦- частота звука.

Максимумуровня шумаприходитсяна частоту

¦= 1000 Гц.

Тогдакожух обладаетзвукоизолирующейспособностью

R_к= 20lg( 7,9 ґ 1000 ) -60 = 18 Дб

Требуемаязвукоизолирующаяспособностькожуха

R_ктреб= L_max - L_доп+ 5,

где

L_доп- допустимыйуровень шумав помещении,

равныйL_доп = 80 Дб.

Следовательно

R_ктреб= 90 - 80 + 5 = 15 Дб

И,так как R_кіR_{к треб}, тозвукоизолирующийкожух обеспечиваетпонижениеуровня шумадо нормативныхвеличин.

Выводыпо охране трудаи окружающейсреды

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Прирасчете теплопередачиконвекциеймежду твердымтелом и газом(жидкостью)используютвыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґaґS,

гдеa - коэффициенттеплоотдачиот твердоготела к газу,

S - площадь поверхностиомываемоготвердого тела,

Т₂ и Т₁ - температурытела и газа.

При расчететеплопередачичерез плоскуюстенку используютследующеевыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґkґS,

S - площадь поверхностистенки;

(Т₂ - Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Коэффициенттеплопередачирасчитываетсяпо формуле

где d - толщинастенки;

l - коэффициенттеплопроводностистенки;

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенки;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенки .

a_общ =a_кон +a_изл .

Для расчетатеплоты, необходимойдля нагревател, пользуютсяформулойтеплоемкости:

Q = c ґ m ґDТ,

где с - коэффициенттеплоемкоститела;

m - масса тела;

DТ - разностьначальной иконечной температуртела.

Модельподдержаниязаданной температуры

Вовремя работырасстойногошкафа в егокамере протекаютсложные теплообменныепроцессы.

Q_возд= Q_тэн + Q_пара- Q_теста - Q_тел- Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/dt),

гдеc_возд - теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха;

с_п- теплоемкостьперегретогопара;

d_п- влагосодержаниевоздуха.

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа.

dT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

Откуда:

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= a_тэнґS_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеa_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов;

S_тэн- площадьповерхностиТЭНов;

Т_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн- теплоемкостьматериалаТЭНов;

m_тэн- масса ТЭНов.

В связи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна допустимуювеличину, системауправленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, вносимыйс паром, расчитываетсяпо формуле:

Q_пара= (Р_{тен вл} / r) ґh_п,

r- теплотапарообразованияводы;

h_п - удельнаяэнтальпиянасыщенногопара.

Q_теста= a_тестаґ S_тестаґ (Т_возд- Т_теста),

где a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок;

S_теста- площадь поверхноститестовых заготовок;

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок;

m_теста- масса тестовыхзаготовок.

Q_тел= a_телґ S_телґ (Т_возд- Т_тел),

где a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек;

S_тел- площадь поверхноститележек;

Т_тел - температуратележек, скростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек;

m_тел- масса тележек.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= k_cтґ S_стґ (Т_возд- Т_ос),

где k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки;

S_ст- площадь стеноккамеры расстойногошкафа;

Т_ос- температураокружающейсреды.

Nu = a ґl / l - числоНуссельта.

Ре = u ґl / a - число Пекле.

Число Пеклеобычно преобразуетсяи представляетсяв виде двухкритериев:

a = l / (c ґr ),

тоPr = c ґr ґn / l,

где с - теплоемкостьсреды;

r - плотностьсреды;

l - коэффициенттеплопроводностисреды.

Gr = bґgґl³ґDt/n²,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотномти средыс температурой.

Число ГрасгофаGr характеризуетсвободноеконвективноедвижение среды.

Критериальноеуравнениетеплопередачиконвекциейстроится потипу:

Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Для газов одинаковойатомности и,в частности,для воздуха,когда Pr = const, будемиметь:

Nu = F ( Re , Gr ).

Nu = F ( Re ).

u_кр = 2200 ґn / d.

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Относительнаявлажностьвоздуха в расстойномшкафу находитсяпо уравнению:

j_возд= r_п/ r_max,

гдеr_max- максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха приданной температуре;

гдеV_возд-объем циркулирующегов расстойномшкафу влажноговоздуха;

G_потерь - расходпара на конденсациюна стенкахкамеры расстойногошкафа и наповерхноститестовых заготовок;

G_пара - расходпара на увлажнениевоздуха в камерерасстойногошкафа:

G_пара = Р_тенвл / r ,

гдеr- теплотапарообразованияводы;

Из всего вышеизложенногостановитсяясно, что полнаяматематическаямоджель напригодна длянаписания поней алгоритмапрограммы исамой программыдля ЭВМ с цельюмоделированияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу и выборапараметровсистемы управления,удовлетворяющихзаданным требованиям.

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Прирасчете теплопередачиконвекциеймежду твердымтелом и газом(жидкостью)используютвыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґaґS,

гдеa - коэффициенттеплоотдачиот твердоготела к газу,

S - площадь поверхностиомываемоготвердого тела,

Т₂ и Т₁ - температурытела и газа.

При расчететеплопередачичерез плоскуюстенку используютследующеевыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґkґS,

S - площадь поверхностистенки;

(Т₂ - Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Коэффициенттеплопередачирасчитываетсяпо формуле

где d - толщинастенки;

l - коэффициенттеплопроводностистенки;

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенки;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенки .

a_общ =a_кон +a_изл .

Для расчетатеплоты, необходимойдля нагревател, пользуютсяформулойтеплоемкости:

Q = c ґ m ґDТ,

где с - коэффициенттеплоемкоститела;

m - масса тела;

DТ - разностьначальной иконечной температуртела.

Модельподдержаниязаданной температуры

Вовремя работырасстойногошкафа в егокамере протекаютсложные теплообменныепроцессы.

Q_возд= Q_тэн + Q_пара- Q_теста - Q_тел- Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/dt),

гдеc_возд - теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха;

с_п- теплоемкостьперегретогопара;

d_п- влагосодержаниевоздуха.

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа.

dT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

Откуда:

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= a_тэнґS_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеa_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов;

S_тэн- площадьповерхностиТЭНов;

Т_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн- теплоемкостьматериалаТЭНов;

m_тэн- масса ТЭНов.

В связи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна допустимуювеличину, системауправленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, вносимыйс паром, расчитываетсяпо формуле:

Q_пара= (Р_{тен вл} / r) ґh_п,

r- теплотапарообразованияводы;

h_п - удельнаяэнтальпиянасыщенногопара.

Q_теста= a_тестаґ S_тестаґ (Т_возд- Т_теста),

где a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок;

S_теста- площадь поверхноститестовых заготовок;

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок;

m_теста- масса тестовыхзаготовок.

Q_тел= a_телґ S_телґ (Т_возд- Т_тел),

где a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек;

S_тел- площадь поверхноститележек;

Т_тел - температуратележек, скростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек;

m_тел- масса тележек.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= k_cтґ S_стґ (Т_возд- Т_ос),

где k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки;

S_ст- площадь стеноккамеры расстойногошкафа;

Т_ос- температураокружающейсреды.

Nu = a ґl / l - числоНуссельта.

Ре = u ґl / a - число Пекле.

Число Пеклеобычно преобразуетсяи представляетсяв виде двухкритериев:

a = l / (c ґr ),

тоPr = c ґr ґn / l,

где с - теплоемкостьсреды;

r - плотностьсреды;

l - коэффициенттеплопроводностисреды.

Gr = bґgґl³ґDt/n²,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотномти средыс температурой.

Число ГрасгофаGr характеризуетсвободноеконвективноедвижение среды.

Критериальноеуравнениетеплопередачиконвекциейстроится потипу:

Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Для газов одинаковойатомности и,в частности,для воздуха,когда Pr = const, будемиметь:

Nu = F ( Re , Gr ).

Nu = F ( Re ).

u_кр = 2200 ґn / d.

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Относительнаявлажностьвоздуха в расстойномшкафу находитсяпо уравнению:

j_возд= r_п/ r_max,

гдеr_max- максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха приданной температуре;

гдеV_возд-объем циркулирующегов расстойномшкафу влажноговоздуха;

G_потерь - расходпара на конденсациюна стенкахкамеры расстойногошкафа и наповерхноститестовых заготовок;

G_пара - расходпара на увлажнениевоздуха в камерерасстойногошкафа:

G_пара = Р_тенвл / r ,

гдеr- теплотапарообразованияводы;

Приложения

Приложение1: программадля расчетатермодинамическихпроцессов идля исследованияработы СУ расстойногошкафа

programDiplom_S;{Расчеттермодинамическихпроцессов врасстойномшкафу}

Const

t_tenz =650;{МаксимальнодопустимаятемператураТЭНов}

p_tenz =2500;{МощностьТЭНов}

q_test_vid =150;{Энергия, выделяемаяв тесте}

dttz =0.5;{Допуск наотклонениетемпературыот заданной}

VAR

t_z,t_v,t_ten,t_test,t_tel,t_os,dtt,dtt0:real;

t,dt,tk : real;

k_v,k_ten,k_test,k_tel,k_st : real;

c_v,c_test,c_tel,c_ten : real;

m_v,m_test,m_tel,m_ten : real;

q_v,q_ten,q_test,q_tel,q_st,p_ten : real;

dt_test,dt_tel,dt_v,dt_ten : real;

outf : text;

procedure diff (varx:real; dx:real; dt:real);{Процедураинтегрирвания}

begin

x := x + dx * dt;

end;

BEGIN

assign (outf,'ds1.out');

Rewrite (outf);

t_z :=40;{ЗаданнаятемператураТЭНов}

t_v :=20;{Начальнаятемпературавоздуха в шкафу}

t_test:=25;{Начальнаятемпературатестовых заготовок}

t_tel :=20;{Начальнаятемпературатележек}

t_ten :=20;{НачальнаятемператураТЭНов}

t_os:=20;{Температуравоздуха окружающейсреды}

dtt := t_z -t_v;{Начальныйсигнал рассогласования}

t := 0;{Времяначала процесса}

dt := 1;{Шагинтегрирования}

tk :=3660;{Продолжительностьрасстойки}

k_ten :=86.7*Pi*0.008*2;{КоэффициентТЭНов}

k_test:= 24.8 *9;{Коэффициенттеста}

k_tel:= 6 *11.5;{Коэффициенттележек}

k_st := 1.87 *11.77;{Коэффициентстенок}

c_v :=1079;{Теплоемкостьвоздуха}

c_test:=3000;{Теплоемкостьтеста}

c_tel:=500;{Теплоемкостьтележек}

c_ten :=470;{ТеплоемкостьТЭНов}

m_v :=1.11*2.5;{Масса воздуха}

m_test :=0.46*180;{Масса теста}

m_tel:=75;{Масса тележек}

m_ten:=(7100*2*Pi*sqr(0.008))/4;{МассаТЭНов}

while t

q_ten:= k_ten *(t_ten - t_v);{ВыделяемаяТЭНами энергия}

q_test:= k_test *(t_v - t_test);{Потребляемаятестом энергия}

q_tel:= k_tel *(t_v - t_tel);{Потребляемаятележкамиэнергия}

q_st := k_st * (t_v- t_os);{Расход энергиичерез стенки}

q_v := q_ten -q_test - q_tel - q_st;{Тепловойбаланс}

dt_ten:=(p_ten-q_ten)/(c_ten*m_ten);{СкоростьизменениятемпературыТЭНов}

dt_test:=(q_test+q_test_vid)/(c_test*m_test);{Скоростьизменениятемпературытеста}

dt_tel:=q_tel/(c_tel*m_tel);{Скоростьизменениятемпературытележек}

dt_v := q_v / (c_v* m_v);{Скоростьизменениятемпературывоздуха}

if Frac(t/10) = 0then

writeln(t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10);{Выводрезультатов}

writeln(outf,t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10,' ',t_test:10:10);

dtt0:=dtt;{Сигнал рассогласованияв предыдущиймомент времени}

dtt:= t_z -t_v;{Сигнал рассогласования}

if ((dtt >= dttz)OR ((dtt > -dttz) AND (dtt0 > dtt))) AND (t_ten

p_ten := p_tenz

else p_ten :=0;{Включение/выключениеТЭНов}

diff(t_ten,dt_ten,dt);{НахождениетемпературыТЭНов}

diff(t_test,dt_test,dt);{Нахождениетемпературытеста}

diff(t_tel,dt_tel,dt);{Нахождениетемпературытележек}

diff(t_v,dt_v,dt);{Нахождениетемпературывоздуха}

t := t +dt;{Инкрементвремени}

end;{Конецрасчета}

close (outf);

END.

Приложение2: спецификацияк сборочномучертежу

Приложения

Приложение1: программадля расчетатермодинамическихпроцессов идля исследованияработы СУ расстойногошкафа

programDiplom_S;{Расчеттермодинамическихпроцессов врасстойномшкафу}

Const

t_tenz =600;{МаксимальнодопустимаятемператураТЭНов}

p_tenz =2000;{МощностьТЭНов}

q_test_vid =100;{Энергия, выделяемаяв тесте}

dttz =1;{Допуск наотклонениетемпературыот заданной}

VAR

t_z,t_v,t_ten,t_test,t_tel,t_os,dtt,dtt0:real;

t,dt,tk : real;

k_v,k_ten,k_test,k_tel,k_st : real;

c_v,c_test,c_tel,c_ten : real;

m_v,m_test,m_tel,m_ten : real;

q_v,q_ten,q_test,q_tel,q_st,p_ten : real;

dt_test,dt_tel,dt_v,dt_ten : real;

outf : text;

procedure diff (varx:real; dx:real; dt:real);{Процедураинтегрирвания}

begin

x := x + dx * dt;

end;

BEGIN

assign (outf,'ds1.out');

Rewrite (outf);

t_z :=40;{ЗаданнаятемператураТЭНов}

t_v :=20;{Начальнаятемпературавоздуха в шкафу}

t_test:=25;{Начальнаятемпературатестовых заготовок}

t_tel :=20;{Начальнаятемпературатележек}

t_ten :=20;{НачальнаятемператураТЭНов}

t_os:=20;{Температуравоздуха окружающейсреды}

dtt := t_z -t_v;{Начальныйсигнал рассогласования}

t := 0;{Времяначала процесса}

dt := 1;{Шагинтегрирования}

tk :=3660;{Продолжительностьрасстойки}

k_ten :=97*Pi*0.006*2;{КоэффициентТЭНов}

k_test:= 24.8 *6;{Коэффициенттеста}

k_tel:= 6 *7;{Коэффициенттележек}

k_st := 1.87 *9.73;{Коэффициентстенок}

c_v :=1079;{Теплоемкостьвоздуха}

c_test:=3000;{Теплоемкостьтеста}

c_tel:=500;{Теплоемкостьтележек}

c_ten :=470;{ТеплоемкостьТЭНов}

m_v :=1.11*2;{Масса воздуха}

m_test :=0.46*120;{Масса теста}

m_tel:=50;{Масса тележек}

m_ten:=(7100*2*Pi*sqr(0.006))/4;{МассаТЭНов}

while t

q_ten:= k_ten *(t_ten - t_v);{ВыделяемаяТЭНами энергия}

q_test:= k_test *(t_v - t_test);{Потребляемаятестом энергия}

q_tel:= k_tel *(t_v - t_tel);{Потребляемаятележкамиэнергия}

q_st := k_st * (t_v- t_os);{Расход энергиичерез стенки}

q_v := q_ten -q_test - q_tel - q_st;{Тепловойбаланс}

dt_ten:=(p_ten-q_ten)/(c_ten*m_ten);{СкоростьизменениятемпературыТЭНов}

dt_test:=(q_test+q_test_vid)/(c_test*m_test);{Скоростьизменениятемпературытеста}

dt_tel:=q_tel/(c_tel*m_tel);{Скоростьизменениятемпературытележек}

dt_v := q_v / (c_v* m_v);{Скоростьизменениятемпературывоздуха}

if Frac(t/10) = 0then

writeln(t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10);{Выводрезультатов}

writeln(outf,t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10,' ',t_test:10:10);

dtt0:=dtt;{Сигнал рассогласованияв предыдущиймомент времени}

dtt:= t_z -t_v;{Сигнал рассогласования}

if ((dtt >= dttz)OR ((dtt > -dttz) AND (dtt0 > dtt))) AND (t_ten

p_ten := p_tenz

else p_ten :=0;{Включение/выключениеТЭНов}

diff(t_ten,dt_ten,dt);{НахождениетемпературыТЭНов}

diff(t_test,dt_test,dt);{Нахождениетемпературытеста}

diff(t_tel,dt_tel,dt);{Нахождениетемпературытележек}

diff(t_v,dt_v,dt);{Нахождениетемпературывоздуха}

t := t +dt;{Инкрементвремени}

end;{Конецрасчета}

close (outf);

END.

Приложение2: спецификацияк сборочномучертежу

- 136 -

Проектированиесистемы управлениярасстойнымшкафом

СинегубкинСергей АлександровичУ1998

Содержание:

Страница:

Введение

Сцелью наиболееполного удовлетворенияпотребностинаселения вхлеббулочныхизделиях расширенногоассортиментаи высокогокачества необходимоиспользоватьпрогрессивныепроизводственныетехнологии,реконструироватьи обновлятьпроизводствотаким образом,что позволитполучить наивысшийэкономическийэффект.

Комплексвопросов, связанныхс разработкойи внедрениемавтоматизированныхсистем управлениятехнологическимоборудованиемминипекарен,используемымпри производствехлебобулочныхизделий в настоящеевремя можетуспешно решатьсяна базе сформировавшихсянаучных достиженийв области технологиихлебопекарногопроизводства,автоматизациипроизводственныхпроцессов иосвоенияинформационной,измерительнойи вычислительнойтехники.

Технологическиепроцессыхлебопекарногопроизводствахарактеризуютсямногокомпонентностьюисходногосырья, высокойстепеньюнеопределенностина различныхэтапах протеканияпроцесса производствапшеничногохлеба, нелинейнымизависимостямимежду параметрами,т.е. являются сложными системами.В большинствесвоем онипредставляютсобой сочетаниегидродинамических,тепловых,биохимическихи механическихпроцессов.

В всвязи с этимв данном дипломномпроекте выбранык рассмотрениюследующиевопросы:

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности(в технологическойчасти);
расчет затратна ОКР по разработкеСУ расстойногошкафа (в экономическойчасти);
безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Спецчасть

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Процесспроизводствахлебобулочныхизделий делитсяна три основныестадии:

приготовлениетеста;
разделка тестовыхзаготовок;
выпечка хлеба,

которые,в свою очередь,делятся соответственнона технологическиеоперации:

замес тестаи его созревание;
деление тестана куски;
округлениетестовых заготовок;
предварительнаярасстойка;
закатка;
окончательнаярасстойка;
выпечка хлеба.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Однойиз важнейшихтехнологическихопераций выпечкихлебобулочныхизделий являетсяпроцесс расстойкитестовых заготовок.Расстойка тестаявляетсяпредпоследнейстадией производства,на которойпроисходит окончательнаяподготовкатестовой заготовкик процессувыпечки.

Прирасстойкепротекаютбиохимические,микробиологические,коллоидныеи физическиепроцессы.

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф на ееповерхностиконденсируетсявлага и интенсифицируетсяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к тестовойзаготовке. Врезультатеэтого скоростьпрогрева ееповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовую заготовку,предотвращаетее от заветривания.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовой заготовки температурыточки росы.

Послеудаления диоксидауглерода врезультатеформированиятестовой заготовки,он опять начинаетпродуцироватьсяхлебопекарнымидрожжами. Вначале расстойкипроцесс газообразованияпротекаетдостаточноинтенсивно( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивления(см. рис. 2.1) до первогоэкстремума).Это можно объяснитьповышением активностидрожжевыхклеток в результатенасыщениятестовой заготовкикислородомвоздуха послеее разделкии частичнымудалениемпродуктовжизнедеятельностидрожжей. Прирасстойкеобразующийсядиоксид углеродазадерживаетсятестом, чтоприводит к увеличениюего объема исозданию пористойструктуры.

рис 2.1.

Через определенноевремя наблюдаетсяспад интенсивностигазообразования( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивленияпосле первогоэкстремумамаксимума). Этообъясняетсяугнетениемдрожжевыхклеток продуктамиих жизнедеятельности.В этот периодвремени доэкстремумаминимума скоростиизмененияэлектрическогосопротивленияпроисходитадаптациядрожжей к новымусловиямжизнедеятельности(полностьюанаэробным).После этогоинтенсивностьгазообразованияувеличивается.

рис 2.2

При поступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф, когдатемпературазаготовкименьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, происходитдостаточносильная конденсациявлаги на поверхноститестовой заготовки.Конденсациявлаги приводитк ускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки(участок а-б).Достижениеэкстремумамаксимума вточке “б”соответствуетнагреву поверхноститестовой заготовкидо температурыточки росыокружающейсреды. Конденсациявлаги предотвращаетзаветриваниеповерхностии образованиетрещин приувеличениитестовой заготовкив объеме. Болеетого, насыщениевлагой поверхностногослоя тестовойзаготовкиобеспечиваетзакупоркукапилляров,что блокируетвыделениедиоксида углеводаиз тестовойзаготовки иповышаетгазоудерживающуюспособностьтеста.

Замедлениепрогрева тестовойзаготовки научастке “б-в”связан с уносомтепла в процессеиспарения влагис поверхности.Процесс испаренияизбыточнойвлаги с поверхноститестовой заготовкисовпадает спроцессоминтенсивногоразрыхлениятестовой заготовкиобразующимсядиоксидомуглерода. Точка“в” - экстремумминимум отражаетмомент стабилизацииструктурытеста, определяемойвнутреннимдавлением СО₂,реологическимисвойствами,соотношениемсвободной исвязаннойвлаги. Точка“в” - экстремумминимум скоростиизмененияповерхностногослоя тестовойзаготовкиявляется моментомготовноститестовой заготовкик выпечке, таккак дальнейшеепродолжениерасстойкиприводит куплотнениюповерхностногослоя за счетувеличенияпластическойсоставляющейобщей деформациитеста и процессафлуктуациигазовыделения,за счет снижениягазоудерживающейспособноститеста. Процессуплотненияповерхностногослоя тестовойзаготовкиприводит кускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки,т.е. кривая скоростиизменениятемпературыповерхностногослоя начинаетрасти. Росткривой продолжаетсядо точки “г”,после прохождениякоторой начинаетсяпроцесс интенсивногогазовыделения,связанногос резким снижениемгазоудерживающейспособноститеста, вызваннойпептизациейбелков и увеличениемжидкой фазы.После чеготестовая заготовканачинает оседать.В этот периодтакже наблюдаетсяснижение прогреватестовой заготовки( участок “г-д”см. рис.). Выпечкахлеба в периодвремени, соответствующийучастку “в г”,приводит кполучению хлебахудшего качества,чем в моментвремени соответствующийточке “в” - экстремумминимум, а научастке “г-д”- приводит кполучениюбрака.

Конструкциярасстойногошкафа

Вверхней частирасстойногошкафа находитсяотсек, в которомрасположенасистема поддержаниятемпературно-влажностногорежима в камерерасстойногошкафа, включающаяв себя:

герметичнуюметаллическуюемкость дляводы;
нагревательныеэлементы (ТЭНы);
циркуляционныйвентилятор;
электроклапаныподачи воды;
фильтр поступающейводы;
сливной насос;
трубки системы подачи и сливаводы;
воздушныеканалы;
рабочие датчикивлажности,температурыи уровня воды;
датчики критическихзначений температурыи уровня воды;
выключателипитания иуправления;
задатчикитемпературыи влажности;
индикатортемпературы;
индикаторныелампы рабочихи аварийныхрежимов;
предохранителии автоматическиевыключатели;
электроннаясистема управления;
преобразовательчастоты;

Органы управлениярасстойнымшкафом и приборыиндикациинаходятся напанели управления,расположеннойв верхней частирасстойногошкафа.

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Важной с точкизрения конвекционнойтеплопередачиявляется скоростьобдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов. Онав большой степенивлияет на качество готового продукта.Поэтому в системеуправлениядолжна бытьпредусмотренавозможностьизмененияскорости обдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов путемрегулированияскорости вращенияприводногодвигателяциркуляционноговентилятора.

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Известно,что при нагреваниитела кинетическаяэнергия егомолекул возрастает.Частицы болеенагретой частитела, сталкиваясьпри своембеспорядочномдвижении ссоседнимичастицами,сообщают имчасть своейкинетическойэнергии. Этотпроцесс распространяетсяпо всему телу.То есть теплопроводностьпредставляетпроцесс распространенияэнергии междучастицами тела,находящимисядруг с другомв соприкосновениии имеющимиразличныетемпературы.Например, еслинагревать одинконец железногостержня, точерез некотороевремя температурадругого егоконца такжеповысится.Перенос теплотытеплопроводностьюзависит отфизическихсвойств тела,от его геометрическихразмеров, атакже от разноститемпературмежду различнымичастями тела.При определениипереноса теплотытеплопроводностьюв реальныхтелах встречаютсяизвестныетрудности,которые напрактике досих пор не решены.Эти трудностисостоят в том,что тепловыепроцессы развиваютсяв неоднороднойсреде, свойствакоторой зависятот температурыи изменяютсяпо объему; крометого, трудностивозникают сувеличениемсложностиконфигурациисистемы.

Прирасчете теплопередачиконвекциеймежду твердымтелом и газом(жидкостью)используютвыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґaґS,

гдеa - коэффициенттеплоотдачиот твердоготела к газу,

S - площадь поверхностиомываемоготвердого тела,

Т₂ и Т₁ - температурытела и газа.

При расчететеплопередачичерез плоскуюстенку используютследующеевыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґkґS,

S - площадь поверхностистенки;

(Т₂ - Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Коэффициенттеплопередачирасчитываетсяпо формуле

где d - толщинастенки;

l - коэффициенттеплопроводностистенки;

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенки;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенки.

a_общ =a_кон +a_изл .

Для расчетатеплоты, необходимойдля нагревател, пользуютсяформулойтеплоемкости:

Q = c ґ m ґDТ,

где с - коэффициенттеплоемкоститела;

m - масса тела;

DТ - разностьначальной иконечной температуртела.

Модельподдержаниязаданной температуры

Вовремя работырасстойногошкафа в егокамере протекаютсложные теплообменныепроцессы.

Основнымисточникомтепла в расстойномшкафу являютсянагревательныеэлементы (ТЭНы),находящиесяв потоке воздуха,циркуляциякоторогообеспечиваетсяциркуляционнымнасосом. Подогретыйвоздух передаеттепловую энергиютестовым заготовкам,прогревая их.Одновременночасть энергиирасходуетсяна прогревтележек, а частьэнергии теряетсяза счет теплопередачичерез стенкирасстойногошкафа. При работесистемы поддержаниязаданной влажностивместе с паромв камеру расстойногошкафа такжепопадает энергия.Следовательно,уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа выглядитследующимобразом:

Q_возд= Q_тэн + Q_пара- Q_теста - Q_тел- Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/dt),

гдеc_возд - теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха;

с_п- теплоемкостьперегретогопара;

d_п- влагосодержаниевоздуха.

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа.

dT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

Откуда:

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= a_тэнґS_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеa_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов;

S_тэн- площадьповерхностиТЭНов;

Т_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн- теплоемкостьматериалаТЭНов;

m_тэн- масса ТЭНов.

В связи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна допустимуювеличину, системауправленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, вносимыйс паром, расчитываетсяпо формуле:

Q_пара= (Р_{тен вл} / r) ґh_п,

r- теплотапарообразованияводы;

h_п - удельнаяэнтальпиянасыщенногопара.

Q_теста= a_тестаґ S_тестаґ (Т_возд- Т_теста),

где a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок;

S_теста- площадь поверхноститестовых заготовок;

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок;

m_теста- масса тестовыхзаготовок.

Q_тел= a_телґ S_телґ (Т_возд- Т_тел),

где a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек;

S_тел- площадь поверхноститележек;

Т_тел - температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек;

m_тел- масса тележек.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= k_cтґ S_стґ (Т_возд- Т_ос),

где k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки;

S_ст- площадь стеноккамеры расстойногошкафа;

Т_ос- температураокружающейсреды.

Следует учесть,что коэффициентытеплоотдачиконвекцией(a_тэн,a_теста,a_тел)и коэффициенттеплопередачиk_ст (такжезависящий откоэффициентовтеплоотдачиповерхностейстенок) в своюочередь зависятот многих факторов:от температурповерхностейи омывающейих среды, отскорости движенияпоследней, отее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости(в свою очередьтакже зависящихот температурысреды), от конфигурациии состоянияповерхностейи их геометрическихразмеров. Нахождениекоэффициентовтеплоотдачиконвекциейвозможно путемрешения системыдифференциальныхуравнений(Фурье-Кирхгофа,Навье-Стокса,сплошности(непрерывности),дифференциальногоуравнениятеплообмена,описывающегопроцесс теплоотдачина границахтела) с прибавлениемкраевых условий(геометрическиеусловия, характеризующиеформу и размерытела, в которомпротекаетпроцесс теплопередачи;физическиеусловия, характеризующиефизическиесвойства средыи тела; граничныеусловия, характеризующиепротеканиепроцессатеплопередачина границахтела; временныеусловия, характеризующиепротеканиепроцесса вовремени). Этовозможно лишьв некоторыхчастных случаяхпри использованииряда упрощений,причем полученныерешения невсегда согласуютсяс опытнымирезультатами.Поэтому изучениеконвективноготеплообменаразвивалось,как правило,экспериментальнымпутем. Однакочисто экспериментальноеизучение какого-либофизическогоявления имееттот недостаток,что его результатыимеют ограниченнуюценность, таккак применимылишь к частномуявлению. Эточрезвычайноусложняетэксперимент,заставляяопытным путемпроверитьзависимостьданного явленияот ряда факторов,а некоторыеявления зависятот многих переменных.На помощь вэтих случаяхприходит теорияподобия, позволяющаяв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты,распространитьих на целуюгруппу подобныхявлений. Подобныесистемы характеризуютсябезразмернымикомплексами,составленнымииз характеризующихявление величин,сохраняющимиодно и то жечисленноезначение. Такиевеличины носятназвание инвариантовили критериевподобия иобозначаютсясимволами,состоящимииз первых буквфамилий ученых,которые ихввели в употреблениеили вообщеработали вданной области.Для определениякритериевтепловогоподобия дляпередачи теплав движущейсясреде конвекцией используетсядифференциальноеуравнениетеплопроводностиФурье-Кирхгофасовместно сграничнымуравнениемтеплообмена.На основе уравненияподобия процессовопределяютсясоотношениямежду постояннымиподобия, и изкоторых путемподстановкиопределяютсякритерии тепловогоподобия:

Nu = a ґl / l - числоНуссельта.

Ре = u ґl / a - число Пекле.

Число Пеклеобычно преобразуетсяи представляетсяв виде двухкритериев:

a = l / (c ґr ),

тоPr = c ґr ґn / l,

где с - теплоемкостьсреды;

r - плотностьсреды;

l - коэффициенттеплопроводностисреды.

Gr = bґgґl³ґDt/n²,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.

Число ГрасгофаGr характеризуетсвободноеконвективноедвижение среды.

Критериальноеуравнениетеплопередачиконвекциейстроится потипу:

Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Для газов одинаковойатомности и,в частности,для воздуха,когда Pr = const, будемиметь:

Nu = F ( Re , Gr ).

Nu = F ( Re ).

u_кр = 2200 ґn / d.

Еще большуюпроблему представляетнахождениекоэффициентатеплоотдачиповерхностейтестовых заготовок.Это связанос тем, что припоступлениитестовых заготовокв расстойныйшкаф они прогреваютсязначительномедленнее, чемциркулирующаяв камере шкафапаровоздушнаясреда. Когдатемпературазаготовококазываетсяменьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, на ихповерхностиконденсируетсявлага, многократноувеличиваякоэффициенттеплоотдачии интенсифицируяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к поверхноститестовых заготовок,в результатечего скоростьпрогрева ихповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовые заготовки,также предотвращаетих от затвердеванияи от образованиятрещин приувеличениитестовых заготовок.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы (всвою очередьзависящей отпостоянноменяющихсятемпературыи влажностициркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха).Коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовокпри этом уменьшается,что влечет засобой уменьшениеинтенсивностиих прогрева.Таким образом,строгое математическоеописание коэффициентатеплоотдачиповерхноститестовых заготовокне представляетсявозможным.

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Относительнаявлажностьвоздуха в расстойномшкафу находитсяпо уравнению:

j_возд= r_п/ r_max,

гдеr_max- максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха приданной температуре;

гдеV_возд-объем циркулирующегов расстойномшкафу влажноговоздуха;

G_потерь - расходпара на конденсациюна стенкахкамеры расстойногошкафа и наповерхноститестовых заготовок;

G_пара - расходпара на увлажнениевоздуха в камерерасстойногошкафа:

G_пара = Р_тенвл / r ,

гдеr- теплотапарообразованияводы;

Максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха (r_max)зависит оттемпературыциркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха,а теплотапарообразованияводы (r) зависитот температурыводы. И еслипоследняя вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа практическинеизменна, тотемпературавоздуха меняетсяв заданномдиапазоне ив установившемсярежиме работырасстойногошкафа. А r_maxдовольно существеннозависит оттемпературывоздуха. Тоесть даже вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа r_maxбудет существенноменяться и этиизменения неописываютсяс большой точностьюматематически.

Конденсациюпара на стенкахможно практическипредотвратитьсделав достаточнойтеплоизоляциюстенок расстойногошкафа. Напротив,конденсацияпара на поверхноститестовых заготовокявляется неотъемлемойчастью технологическогопроцесса расстойкитестовых заготовок,напрямую влияющейна качествоготовой продукции,и происходитв первой половинепроцесса расстойки,до моментадостиженияповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы. Всвою очередь,температураточки росызависит отвлажности итемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа. Такимобразом, математическоеописание потерьпара на конденсациюне представляетсявозможным.

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

В связи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданнойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблагодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногерметичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Распишемвсе составляющиеэтого уравнения.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :

с_в = 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иотносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2 м³;

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2 = 2,22 кг;

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,006 = 0,0377 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,006 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,006 / 16,96ґ10^-6= 1769,

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 1769^0,6 =21,15 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 21,15 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,006 = 97 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 97 ґ0,0377 = 3,6568 Вт/гр

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2000 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе 6

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,006)² / 4 = 0,4 кг,

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 2ґ10ґ0,45ґ0,66= 6 м²;

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ6 = 148,8 Вт/гр

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=120шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:

m_теста= 120 ґ 0,46 = 55,2 кг,

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_тел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 2 ґ (10ґ0,45ґ0,66+ 4ґ4ґ0,02ґ1,8)= 7 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:Re= u ґl_тел / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_тел= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ7 = 42 Вт/гр

иQ_тел = 42 ґ(Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 50 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,4+0,7)+1,4ґ0,7)ґ2= 9,73 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина сталистенок расстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ h_ст ,

где l -коэффициенттеплопроводностивоздуха;

h_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициентподобия Нуссельта:

Для омываниягазами вертикальныхповерхностей:

Nu = 0,15ґ(Gr_воздґPr_возд)^1/3,

где Pr - числоПрандтляхарактеризуетсобой свойствасреды;

Gr = bґgґh_ст³ґDt/n²- число Грасгофа,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.Для газов можнопринять:

b = 1/T;

n- коэффициенткинематическойвязкости среды.

вторая составляющаяобщего коэффициентатеплоотдачи:

где e_ст- степень чернотыстенок:

e_ст = 0,9;

Т_ст - температурастенок, °С;

d_ст -постояннаяСтефана-Больцмана:

d_ст = 5,67Вт/(м₂ґК⁴).

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²ґгр);

Тогдакоэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 390 Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Вовтором приближении:

Длявнутреннейповерхностистенок:

Pr₁= 0,699 (при T = 40 °С)

Учитывая,что при T = 40°С

n_возд= 16,96ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15ґ(Gr₁ґPr₁)^1/3=0,15ґ(2,7596ґ10⁹ґ0,699)^1/3=186,724

Откуда,учитывая, чтопри T = 40°С

l_возд= 2,756ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон1= Nu₁ґl_возд/h_ст=186,724ґ2,76ґ10^-2/1,85= 2,79 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²ґгр).

Аналогично,для внешнейповерхностистенок расстойногошкафа:

Pr₁= 0,703 (при T = 20 °С)

Учитывая,что при T = 20°С

n_возд= 15,06ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15ґ(Gr₂ґPr₂)^1/3=0,15ґ(3,7388ґ10⁹ґ0,703)^1/3=207

Откуда,учитывая, чтопри T = 20°С

l_возд= 2,59ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон2= Nu₂ґl_возд/h_ст=207ґ2,59ґ10^-2/1,85= 2,898 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₂= a_кон2+ a_изл2= 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²ґгр).

Коэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа во второмприближениисоставит:

откудапотери теплотычерез стенкирасстойногошкафа:

Q_ст = 1,87 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 363,8Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Степеньрасхождениямежду первыми вторым приближениямидля каждой изэтих температур:

d_т’= 100 ґ ( 36 - 35,8 )/ 36 =0,6%;

d_т’= 100 ґ ( 24,6 - 24 )/ 24 =2,5%.

Этодопустимо. Вэтой связирезультатывторого приближенияпринимаем заокончательные.

Т’_cт>Т_р.

Т_р = 34,5°С.

Окончательнаяформула потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа, с учетомтого что

К_ст= k_cтґ S_ст= 1,87 ґ 9,73 = 18,2 Вт/гр,

запишетсякак

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

Системадифференциальныхуравнений

DT= T_зад - T_возд- сигнал рассогласования;

;

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд);

dT_тэн/dt= (2000 - Q_тэн)/(470 ґ0,4);

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста);

dT_теста/dt= (Q_теста + 100)/( 3000 ґ120);

Q_тел= 42 ґ (Т_возд- Т_тел);

dT_тел/dt= Q_тел / (500 ґ50);

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос);

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст;

dT_возд/dt= Q_возд /(1079ґ2,22).

Расчет и идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

рис4.1

рис.4.2

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Всостав даннойсистемы управлениявходят следующиеэлементы:

Блок подогреваи увлажненияциркулирующеговоздуха
1. Конструктивныеэлементы
  1. Герметичнаяметаллическаяемкость ;
  2. Верхняя крышка;
  3. Крышка ТЭНов;
  4. Крышка датчиковуровня воды;
2. Нагревательныеэлементы (ТЭНы)
  1. ТЭН подогревавоздуха;
  2. ТЭН подогреваводы;
3. Элементы системподачи и сливаводы
  1. Фильтр поступающейводы;
  2. Электроклапанподачи воды;
  3. Электроклапанподачи водыдля очисткиот накипи;
  4. Наливные исливные трубопроводы;
  5. Сливной насос;
4. Элементы системыциркуляциивлажного воздуха
  1. Циркуляционныйвентилятор;
  2. Приводноймотор циркуляционноговентилятора(асинхронныйтрехфазныйдвигатель4АМ80Л4);
  3. Воздуховод;
5. Датчики
  1. Датчик температурыциркулирующеговоздуха;
  2. Датчик относительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
  3. Датчик предельнодопустимойтемпературыТЭНов;
  4. Датчики уровняводы
    1. Датчик максимальногоуровня воды;
    2. Датчик минимальногоуровня воды,при которомначинаетсяее доливка;
    3. Датчик опасного,вследствиеоголения ТЭНовподдержаниявлажности,уровня воды;
Блок электроннойсистемы автоматическогоуправления
1. Автоматическийотключатель;
2. Предохранители;
3. Преобразовательчастоты ACS 301-2P1-3фирмы АББ;
4. Система автоматическогоуправления;
5. Реле включенияТЭНов
  1. Реле включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  2. Реле включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
6. Трансформатордля питаниямотора сливногонасоса;
7. Задатчики
  1. Задатчик скоростивращенияциркуляционноговентилятора;
  2. Задатчик допускаподдерживаемойтемпературы;
8. Разъемы
  1. Разъем питания;
  2. Разъем датчиков;
  3. Разъем панелиуправления;
  4. Разъем сервисный,служащий дляналадки, контроляи поиска неисправностив системеуправлениярасстойнымшкафом;
Панель управления
1. Выключатели
  1. Выключательпитания;
  2. Выключательуправления;
2. Задатчики
  1. Здатчик температуры;
  2. Задатчиквлажности;
3. Индикатортемпературы;
4. Индикаторныелампы
  1. Лампа включенияпитания;
  2. Лампа возникновениянеисправности;
  3. Лампа включениясливного насоса;
  4. Лампа включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  5. Лампа включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

Система управленияобеспечиваетбезопасностьработы расстойногошкафа. Дляпредотвращенияпоследствийкоротких замыканийэлектрическиецепи питанияснабженыавтоматическимиотключателямии предохранителями.Для предотвращенияпораженияобслуживающегоперсоналапекарни электротокомвыполненозащитное зануление.Для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниятемпературыпредусмотрендатчик допустимойтемпературыданных ТЭНов,а для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниявлажностипредусмотрендатчик контроляминимальнодопустимогоуровня водыв блоке подогреваи увлажнения.При любойнеисправностисистема управленияотключает всеработающиеустройстваи подает сигналпутем зажиганияна панели управлениялампы неисправности.

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

МощностьТЭНов в системеуправлениярасстойнымшкафом должнаудовлетворятьследующимусловиям:

Должен бытьобеспеченбыстрый выходв установившийсярежим работырасстойногошкафа;
Периодичностьциклов включения-выключенияТЭНов не должнабыть оченьвысокой и слишкомнизкой;
Допустимаятемпературанагрева ТЭНовне должнапревышаться.

P_тэн =2000 Вт.

При такой мощностиТЭНов поддержаниятемпературывоздуха процессвыхода в установившеесясостояниезанимает примерно15 минут, периодичностьциклов включения выключениясоставляетоколо 2-х минут,а перегревТЭНов вышемаксимальнодопустимойтемпературыне происходит.

T_тэнвл = c_водыґm_водыґ(100 - T₁)/t,

гдеc_воды - теплоемкостьводы:

c_воды= 4200 Дж/(кгґгр);

m_воды- масса воды вблоке увлажненияи подогрева:

m_воды= 5 кг;

T₁- температураводы в началерасстойки:

T₁= 20°С.

Тогда:

T_тэнвл = 4200 ґ5 ґ (100 - 20)/ 450 = 3733Вт.

ВыбираемT_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Расчет циркуляционноговентилятора

Подборциркуляционноговентилятораосуществляетсяпо его объемнойпроизводительности(V_цир) и напору(Н_цир).

Объемнаяпроизводительностьрасчитываетсяпо формуле:

V_цир= u_воздґ f_шк/ 2 ,

гдеu_возд- скорость движениявоздуха в камерерасстойногошкафа:

u_возд=0,4 м/c

f_шк - площадьживого сечениякамеры расстойногошкафа:

f_шк = 1 м²,

тогда

V_цир = 0,4 ґ1 / 2 = 0,2 м³/c.

Напор определяетсяпутем аэродинамическогорасчета газовоготракта циркулирующейсреды по формуле:

Н_цир = 1,2 ґе DP,

где DP - основныеместные сопротивления:

DP = xґ u_возд²ґ r_возд,

где x -коэффициентместногосопротивления;

r - плотностьциркулирующеговоздуха.

Расчет местныхсопротивленийприведен втаблице 6.1

Таблица 6.1

Расчет местныхсопротивлений

Номер участка	r_возд,кг/м³	u_возд,м/с	x	DP, Па
1	1.11	10	0.5	55.5
2	1.11	10	2.5	277.5
3	1.11	5	0.25	6.94
4	1.08	5	1.15	31.05
5	1.08	20	0.42	181.44
6	1.08	30	0.47	456.84
7	1.08	30	1.15	1117.8
8	1.08	30	1	972
9	1.11	0.4	2.3	0.41
Итого:				3099

Откуда:

Н_цир = 1,2 ґ3099 = 3719 Па.

Этот напор приобъемнойпроизводительности

V_цир = 0,2 м³/c

может обеспечитьцентробежныйвентиляторс приводныммотором мощностью:

N_эл = V_цирґН_цир / h_цир,

где h_цир- КПД приводногодвигателяциркуляционноговентилятора:h_цир=0,75.

Тогда:N_эл = 0,2ґ 3719 / 0,75 @1000 Вт.

Технологическаячасть

Технологическаячасть: автоматизацияпроцесса испытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности

Автоматизированнаяустановка дляпроведенияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности

Навтором этапеоперации снятияпоказанийприборов замененыобработкойинформациина мини-ЭВМ.

Программаиспытаний

ДляасинхронныхдвигателейГОСТ 183-74 предписываетпрограммуприемочныхиспытаний,определяющую:

измерениясопротивленияизоляции обмотокпо отношениюк корпусу машиныи между обмоткамии сопротивленийобмоток припостоянномтоке в практическихолодном состоянии;
определениекоэффициентатрансформации(длядвигателя сфазным ротором);
испытанияизоляции обмотокна электрическуюпрочностьотносительнокорпуса машиныи между обмоткамии на электрическуюпрочностьмежвитковойизоляции обмотокстатора и фазногоротора;
определениетока и потерьхолостогохода;
определениетока и потерькороткогозамыкания;
испытаниямашины приповышеннойчастоте вращенияи на нагревание;
определениеКПД, коэффициентамощности искольжения;
испытание накратковременнуюперегрузкупо току;
определениемаксимальноговращающегомомента, минимальноговращающегомомента в процессепуска, начальногопусковоговращающегомомента и начальногопускового тока(для двигателейс короткозамкнутымротором);
измерениявибраций иуровня шума.

Определениекоэффициентатрансформации,тока и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания

Определениекоэффициентатрансформации

k_T=U_ф1/U_ф2.

Определениепотерь холостогохода

Приопыте холостогохода измеряютлинейное напряжениеU₀_лмежду всемифазами, частотусети, линейныйток I₀_лстатора в каждойфазе и потребляемуюмощность.

Коэффициентмощности холостогохода вычисляетсякак:

cosj₀=P₀/(

U₀_лI_0л).

Результатыопыта холостогохода обычноизображаютграфически- путем построениязависимостипотерь P₀,фазного токаI₀ и коэффициентамощностиcosФ₀ в функциинапряжения.

Приприемо-сдаточныхиспытанияхизмеряют токи потери холостогохода лишь приноминальномзначении напряжения.

Определениетока и потерькороткогозамыкания.

Впроцессе опытаодновременноизмеряют подводимоенапряжение,ток статора(линейный токI_kкороткогозамыкания),потребляемуюмощностьP_k(kBт), начальныйпусковой момент(для электродвигателеймалой и среднеймощности), анепосредственнопосле опытаопределяютсопротивлениеr_1kобмотки статорамежду выводами,соответствующеетемпературев конце опыта.Начальныйпусковой моментM_п=M_к(Нм) измеряютпри опытединамометромили весами наконце рычага(которым заторможенротор, закрепляемымшпонкой насвободном концевала двигателя,или весамибалансирноймашины.

М_к=0.9*9550Р_км2/n_c,

Потери (кВт) вобмотке роторапри опыте короткогозамыкания:

P_км2=Р_к-Р_км1-Р_с,

гдеР_км1- потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания, кВт; Р_с- потерив стали, определяемыеиз опыта холостогохода, кВт.

Потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания:

Р_км1=I_k²r_1k/1000.

U_k=U_H/3,8 ,

гдеU_H-нормальноенапряжениедвигателя.

U_H,В... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

U_K,В... 33 58 100 115 130 173 800 1600 2640

Второйотсчет - принапряжении(1-0,1) U_H.ТребуемоенапряжениеU_kподают начинаяс минимальногозначения. Воизбежаниечрезмерногонагрева обмоток токами короткогозамыканиярекомендуетсяотсчет по приборампри каждомзначении подведенногонапряженияпроизводитьза время неболее 10с, а послеотсчета двигательсразу отключать.

Поданным опытакороткогозамыканияопределяюткоэффициентмощности:

cosj_k= P_k/(

U_kI_k).

рис.7.1,7.2

I_K.H=(U_H- U_K¹) I_K/(U_K- U_K¹)

гдеI_K,U_K- соответственнонаибольшиеток, А, и напряжение,В, измеренныев процессеопыта; U_H- номинальноенапряжение,В.

М_КН = (I_КН/I_К)²ґМ_К,

гдеМ_к- вращающиймомент принаибольшемнапряженииопыта короткогозамыкания, Нм.

ОпределениеКПД, коэффициентамощности искольженияпо рабочейхарактеристике

Рабочаяхарактеристика,то есть зависимостьпотребляемоймощности, тока,скольжения,КПД и коэффициентамощности отполезной мощности,снимается принеизменныхи номинальныхприложеннымнапряжениии частоте,изменяющейсянагрузке отхолостого ходадо 110 % номинальной(5-7 значений), итемпературе,близкой кустановившейсяпри номинальнойнагрузке. Впроцессе опытаизмеряют линейныенапряженияU_н и токI, потребляемуюмощность Р₁и скольжениеs двигателя.По результатамизмеренийопределяюткоэффициентмощности.

Дляконтроля коэффициентмощности находятпо отношениюпоказаний двухваттметров.

Суммапотерь асинхронного двигателявычисляетсякак:

Р_S=Р_м1+Р_м2+Р_с+Р_мех+Р_Д,

Если рабочуюхарактеристикунет возможностиснять при номинальномнапряжении,тогда ее определяютпри напряжении0.5U_HrH. Полученныерезультатыиспытанийв этом случаеможно привестик номинальномунапряжениюпо следующимформулам:

s₁=s_r;P₁=P_1r(U_H/U_r)²;

I=I_r(U_H/U_r)+DI₀;

DI₀=I₀sinj₀- I_0r(U_H/U_r)sinj_0r,

гдеs_r, I_r ,I_0r ,j_0r- величинысоответственноскольжения,потребляемоймощности, тока,тока холостогохода и уголмежду векторамитока и напряжения,измеренныепри холостомходе и напряженииU_r;s₁,P₁,I, I₀,sinj₀- аналогичныевеличины приноминальномнапряжении.

Значениетока при номинальномнапряжении:

Определениемаксимальногои минимальноговращающих моментов

Определениемаксимальноговращающего момента

Определениекривой вращающегомомента припуске.

Крометого, искажающеевлияние наначальную частьпроцесса пускаоказываютпереходныепроцессы привключении, ана машины сподшипникамискольжения- еще и высокоезначение ихначальногомомента трения.Для устраненияискажающихвоздействийприбегают кпредварительномувращению испытуемогодвигателя впротивоположномнаправлении,затем, изменяячередованиефаз, реверсируютдвигатель изаписываюткривую вращающихмоментов. Масштабмомента определяетсяпо значениюначальногопусковогомомента, получаемогоиз опыта короткогозамыкания. Призаписи кривоймомента приреверсированииначальныйпусковой моментсоответствуетчастоте вращения,равной нулю.

Способопределениямаксимальноговращающегомомента непосредственнымизмерениемвращающегомомента принагрузке.

Наиболее частов качествебалансирнойнагрузочноймашины используютгенераторпостоянноготока. Если генераторработает снеизменнымвозбуждениеми нагрузочнымсопротивлением,то зависимостьмомента отчастоты вращениябудет прямолинейной,исходящей изначала координат,с угловымкоэффициентом,пропорциональнымквадрату магнитногопотока Ф. Такойвид нагрузочнойхарактеристикипозволяетопределитьточку, в которойвращающиймомент испытуемогодвигателя имеетмаксимальнуювеличину. Однакочасто приходитсяснимать всюкривую М = f(s),включая еенеустойчивуючасть, для оценкипровалов кривоймоментов,вызванныхвлиянием синхронныхи асинхронныхмоментов отвысших гармоник.В этом случаевид нагрузочныхкривых долженбыть иным, чтобыобеспечитьустойчивыеточки пересеченияс кривой моментаиспытуемогодвигателя.Этого можнодобиться, например,изменяя возбуждениегенераторапри работе егона общую сетьпостоянноготока.

Вычислениемаксимальноговращающегомомента помощности навалу и частотевращения принагрузкеэлектродвигателя.

Испытуемыйасинхронныйдвигательмеханическисоединяют сгенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением.Изменениенагрузки двигателяпроизводятрегулированиенапряжениясети, на которуюработает нагрузочныйгенератор.Отсчеты производятпри установившихсяпоказанияхприборов.Предварительноснимают двехарактеристикимашины постоянноготока: холостогохода при постояннойчастоте вращенияв генераторномрежиме и зависимостьтока холостогохода от частотывращенияI₀ = f(n) припостоянномзначении токавозбуждения(это значениетока возбужденияостаетсянеизменнымпри определениимаксимальноговращающегомомента) вдвигательномрежиме безиспытуемогодвигателя.

Дляопределенияискомой кривойзависимостивращающихмоментов асинхронногодвигателя отчастоты вращенияпри испытанииизмеряют токякоря генераторапостоянноготока I_я и частотывращенияиспытываемогодвигателяn(об/мин).

Величинувращающегомомента (Нм)находят как:

М=9,55Е₀(I_я+I₀)/n,

гдеЕ₀-ЭДС холостогохода.

Пополученнойкривой М = f(n)определяеммаксимальныйвращающиймомент.

Определениеминимальноговращающегомомента.

Достаточноточное определениевеличины минимальноговращающегомомента асинхронногодвигателя имеетважное значение,так как снижениеего ниже допустимогопо стандартуможет привестик “застреванию”электродвигателяна малой частотевращения припуске под нагрузкой.Такой режимработы близокк режиму короткогозамыканияи являетсяаварийным.

Минимальныйвращающиймомент определяютодним из следующихспособов:

из кривой вращающегомомента, снятойс помощьюрегистрирующегоприбора в процессепуска;
при непосредственнойнагрузке балансирноймашины илигенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением(при нагрузкес помощью генераторапостоянноготока вращающиймомент определяютнепосредственноили с помощьютарированногогенератора)и при непосредственнойнагрузкетарированнойасинхронноймашиной, работающейв режиме противовключенияи включеннойв сеть с регулируемымнапряжением.

Первыедва способадополнительныхпояснений нетребуют. Третийспособ основанна том, что вращающиймомент нагрузочнойасинхронноймашины работающейв режиме противовключения,остается практическипостояннымв диапазонескольженийот 1 до скольжения,соответствующегоминимальномувращающемумоменту, и зависяттолько от величинынапряжения,подводимогок нагрузочноймашине. Дляизбежанияпровалов вкривой М = f(n)нагрузочнойасинхронноймашины в режимеэлектромагнитноготормоза рекомендуетсяв этой машинеувеличитьвоздушный зазормежду статороми ротором путемдополнительнойобработкиротора по наружномудиаметру, вцепь фазногоротора следуетвключитьдополнительныеактивныесопротивления,а в цепь статора- дополнительноиндуктивноесопротивление.Испытанияпроводят следующимобразом:

Нагрузочнаяасинхроннаямашина работаетв режиме противовключения,то есть магнитноеполе ее вращаетсяв сторонупротивоположнуювращению ротора,что создаетсоответствующийтормозноймомент дляиспытуемогодвигателя.Тормозноймомент регулируютподводимымк нагрузочноймашине напряжениемпри помощиисточникарегулируемогонапряжения.Нагрузочнуюасинхронную машину следуетзаранее протарировать,то есть определитьзависимостьвращающегомомента на валуот подводимогок машине напряженияпри работе еев режиме электромагнитноготормоза. Приэтом необходимоубедиться вотсутствиизначительныхколебанийвеличины тормозногомомента нагрузочноймашины прификсированномнапряжениив диапазонескольженияот 1 до 2. Одну иту же протарированнуюнагрузочнуюасинхроннуюмашину вследствиепостоянствамомента призаданном напряженииможно использоватьпри испытанииасинхронныхдвигателейс разныминоминальнымичастотамивращения.

Дляопределенияминимальноговращающегомомента нанагрузочнуюмашину подаютпониженноенапряжение,соответствующееопределенномузначению тормозноговращающегомомента. Одновременнос нагрузочноймашиной включаютна номинальноенапряжениеиспытываемыйдвигатель. Еслиминимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателяменьше тормозноговращающегомомента нагрузочноймашины, то агрегатзадержитсяна промежуточнойчастоте вращения,а если минимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателя вышетормозного,то агрегатдостигаетполной частотывращенияиспытываемогодвигателя.

Определениесоответствияноминальныхпоказателейдвигателейтребованиямстандартов

Номинальнымипоказателямиасинхронныхдвигателей,значения которыхустановленыв стандартахили техническихусловиях, являются:КПД h,коэффициентмощности cosj₀, максимальныймомент М_м,а для двигателейс короткозамкнутымротором, крометого, начальныйпусковой моментМ_п и начальныйпусковой токI_п.

Методыконтроля номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний

Зонына параметрыприемо-сдаточныхиспытаний ( I₀, I_к ,Р₀ и Р_к), рассчитанныепо номинальнымпоказателямэлектродвигателейс учетом допусковна эти показатели,позволяютосуществитьконтроль номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний.

Сэтой целью порезультатамприемо-сдаточныхиспытаний необходимонанести в координатах I₀-I_k;P₀-P_k;I_k-P_kточки соответствующиеполученнымзначениямпараметровприемо-сдаточныхиспытаний.Попадание точеквнутрь всехдопустимыхзон свидетельствуето соответствииноминальныхпоказателейиспытанногодвигателятребованиямтехническихусловий с учетомдопусков поГОСТу. Еслихоть одна точкавыходит запределы любойиз зон, этосвидетельствуето том, что покрайней мерепо одномуноминальномупоказателюэлектродвигательне удовлетворяетпредписаннымтребованиям.

Автоматизированнаяиспытательно-диагностическая система дляконтроля закачествомэлектродвигателейс использованиемЭВМ

рис.7.3

Данная системафункционируетсовместно сиспытательнымконвейером,имеющим 7 основныхпозиций испытанийасинхронныхдвигателей.На первой позициииспытательногостенда контролируетсяобрыв фаз, а навторой - сопротивленияизоляции обмотокотносительнокорпуса двигателяи между обмотками.На третьей ичетвертойпозицияхосуществляютсяиспытаниямежвитковойизоляции обмотокна электрическуюпрочность. Напятой позицииэлектродвигателиподвергаютсяиспытаниямв режимах холостогохода и короткогозамыкания.Шестая позицияпредназначенадля испытанийизоляции обмотокотносительнокорпуса и междуобмотками наэлектрическуюпрочность, аседьмая - длявибрационныхиспытаний.

Вовремя испытанийот позиций 1-4,6 и 7 через измерительнуюсистему навходы блокасопротивленияпоступаютбинарные сигналы.Если на соответствующейпозиции электродвигательне выдерживаетиспытания, товырабатывается“0” (низкийпотенциал),если выдерживает- сигнал “1”(высокийпотенциал).

Длякаждого годногоасинхронногодвигателяоформляютпротокол испытанийс указаниемреквизитовдвигателя.

Совершенствованиеалгоритма функционированияв программеЭВМ направленона обеспечениецифровогопрограммногоуправленияработой измерительногокомплекса ина использованиедополнительныхпроцедурконтрольно-измерительной,испытательнойи диагностическойработы дляповышениядостоверностии глубины контроляпараметрови диагностированияасинхронныхдвигателей.

Экономическаячасть

Экономическаячасть: расчеттрудоемкостии затрат на ОКРпо разработкеСУ расстойногошкафа

Структурапланируемойк разработкеСУ расстойнымшкафом и данныео составе элементовСУ-аналогов

Таблица8.1 - СтруктураСУ расстойногошкафа

№	Элементыпривода	ТрудоёмкостьT_Oi,чел-ч	Коэф. новизны К_Н_i	Группа сложности	Коэф. сложностиK_СЛi
	Корпусныедетали	450	0.50	2	1,3
	Датчикиуровня воды	600	0.65	3	1,6
	Циркуляционныйвентилятор	250	0.50	3	1,6
	Электродвигательциркуляционноговентилятора	ПГИ	-	-	-
	Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воздуха	2000	0.50	4	2,0
	Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воды	1500	0.50	4	2,0
	Датчик опаснойтемпературы	ПГИ	-	-	-
	Сливнрйнасос	ПГИ	-	-	-
	Фильтр воды	ПГИ	-	-	-
	Электроклапанподачи воды	ПГИ	-	-	-
	Системаподачи воды	1000	0.80	3	1,6
	Системаслива воды	500	0.80	3	1,6
	Блок питания	250	0.50	3	1,6
	Электроннаясистема управления	4500	0.80	4	2,0
	Предохранитель	ПГИ	-	-	-
	Датчиктемпературы	ПГИ	-	-	-
	Датчик влажности	350	0.50	4	2,0
	Выключательпитания	ПГИ	-	-	-
	Индикаторныелампы	ПГИ	-	-	-
	Задатчиктемпературы	200	0.50	3	1,6
	Задатчиквлажности	200	0.50	3	1,6
	Электропроводка	400	0.50	2	1,3

К_Н_i=0,50Проектированиеэлементов поимеющимсяобразцам беззначительныхконструктивныхи размерныхизменений.

Группысложности икоэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементов СУберем из таблиц.

СтоимостьразработкиСУ-аналогаС_о=80000 руб.

РасчеттрудоемкостипроектированияСУ

Коэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементовопределяютсяпо группе сложности(см. таблицу8.1).

Подставляяв уравнение

значенияn, n_гэ, T_Oi, К_ПР,К_Н_iи К_СЛ_i,получим трудоемкостьпроектирования:

^чел.-ч.

Распределениетрудоемкостипо основнымэтапам ОКР

Этапы ОКР поразработкеСУ расстойногошкафа приведеныв таблице:

Таблица8.2 - Этапы ОКР

Номер этапа	Наименованиеэтапа
	РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта
	Разработкатехническогопроекта и рабочейдокументации
	Изготовлениеопытных образцов
	Заводскиеиспытания
	Государственныеиспытания

Т_ПР= Т_ОКР₁+Т_ОКР₂

Таблица8.3 - Трудоёмкостьэтапов разработкиСУ

наименованиеэтапа	удельныйвес этапа		Т_ОКР_j
	по трудоёмкостиq_Тj	по стоимостиq_Сj
РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта	0.28	0.23	5102,30
Разработкатехническогопроекта	0.37	0.36	6742,32
Изготовлениеопытных образцов	0.27	0.35	4920,07
Заводскиеиспытания	0.07	0.05	1275,57
Государственныеиспытания	0.01	0.01	182,22

Расчеттрудоемкости,стоимости идлительностицикла разработкиСУ

Суммарнаятрудоемкостьразработкиопределяетсякак сумматрудоёмкостиотдельныхэтапов:

^чел.-ч.

Общая длительностьцикла разработкиТ_Ц= 4 квартала.

С_ОКР=С_0*К_СЛ=С_0*

q_Ti*К_СЛi=С_0*

(T_0i/Т_ПР)К_СЛi,

где С₀- стоимостьразработкипривода-аналога.

С₀ = 80000 руб.

С_ОКР=80000ґ(450ґ1,3+600ґ1,6+250ґ1,6+2000ґ2,0+1500ґ2,0+

+1000ґ1,6+500ґ1,6+250ґ1,6+4500ґ2,0+350ґ2,0+200ґ1,6+

+200ґ1,6+400ґ1,3)/11844,615= 152677 руб.

Определениедлительностиэтапов и построениекалендарногографика разработкиСУ

Определимдлительностьэтапов разработки:

Т_Ц_j=Т_Ц*К_ПАРj*К_ПЕРj/А,[кварталы],

КоэффициентА рассчитываетсяпо формуле:

А=

(К_ПАРj*К_ПЕРj+К_ПАРj+1*К_ПЕРj+1)К_ПАРj,j+1-

К_ПАРj*К_ПЕРj=

=(1.4ґ1.25+1.25ґ4.6)ґ0.85+(1.25ґ4.6+3.2ґ2)ґ0.6+(3.2ґ2+1.7ґ3.15)ґ0.6+

+(1.7ґ3.15+1.9ґ2.3)ґ0.82-(1.25ґ4.6+3.2ґ2+1.7ґ3.15)= 11,1875

После подстановкисоответствующихкоэффициентовполучим длительностиэтапов разработки:

Т_Ц1=0,626Т_Ц2=2,056Т_Ц3=2,288Т_Ц4=1,915Т_Ц5=1,562

Найдём совместнуюдлительностьдвух смежныхэтапов с учётомпараллельностивыполненияработ во времени:

Т_Цj,j+1= К_ПАРj,j+1(Т_Цj+Т_Цj₊₁)

Т_Ц1,2=2,28Т_Ц2,3=2,606Т_Ц3,4=2,522Т_Ц4.5=2,851

Рисунок8.1 - Календарныйграфик разработкиобъекта

Расчетраспределениятрудоемкостиэтапов по календарнымпериодам ипостроениеграфика готовностиразработкиСУ на конецкалендарногопериода

Этапы	q_Тj	Т_ОКР_j	К в а р т а л ы
			1	2	3	4
1	0.28	5102.296	5102.296
2	0.37	6742.319
3	0.27	4920.071
4	0.07	1275.574
5	0.01	182.225
Итого	1	18222.485	8632.936	5996.57	3434.69	159.29
D_гот,%

График показателяD_готприведён ниже(см. рис.8.2):

D_готґ10^-2, %

Кварталы

Рисунок8.2 - Показательготовностиразработкина конец календарногопериода

Расчет распределенияматериальныхзатрат и фондаосновной заработнойплаты по календарнымпериодам

Таблица8.5 - Материальныезатраты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_МЗj	С_МЗ_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.05	1755.79
2	0.36	54963.72	0.05	2748.19
3	0.35	53436.95	0.3	16031.08
4	0.05	7633.85	0.31	2366.49
5	0.01	1526.77	0.29	442.76
Итого	1	152677		23344.31	6003.06	9394.9	7584.81	362.55
D_МЗ,%

Таблица8.6 - Фонд основнойзаработнойплаты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_ЗПj	С_ЗП_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.3	10534.71
2	0.36	54963.72	0.3	16489.12
3	0.35	53436.95	0.1	5343.7
4	0.05	7633.85	0.15	1145.08
5	0.01	1526.77	0.15	229.02
Итого	1	152677		33741.63	17828.9	10864.39	4864.44	184.89
D_ЗП,%

Охранатруда и окружающейсреды

Охрана трудаи окружающейсреды: безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом

месильнаямашина длязамеса опарыс объемнымдозатором мукии дозировочнойстанцией дляжидких компонентов;
агрегат дляброжения опары;
месильнаямашина длязамеса теста;
тестоделительнаямашина;
округлитель;
закаточнаямашина;
расстойныйшкаф;
хлебопечь.

Анализопасностейи вредностей

Проведеманализ опасностейи вредностейимеющих местопри работе срасстойнымшкафом в составеминипекарни.

технологическоеоборудование;
электроприборыи электропроводка;
плохие метерологическиеусловия нарабочих местах(температура,влажность ит.п.);
шум и вибрации;
недостаточнаяосвещенностьна рабочихместах.

Далеерассмотренынекоторые мерыи требованияпо обеспечениюбезопасноститруда при работес расстойнымшкафом.

Безопасностьработы технологическогооборудования

нагревательныеэлементы (ТЭНы);
парогенератор;
циркуляционныйвентилятор;
насос;
блоки системыуправления.

Всеэти агрегатысобраны подзащитным кожухомв верхней частирасстойногошкафа.

Всеэто исключаетэксплуатациюрасстойногошкафа в неисправноми опасном дляперсоналахлебопекарни,состоянии.

Электробезопасность

Наоснове Правилустройстваэлектроустановок(ПУЭ-92) помещениецеха, где производитсявыпечка хлебапо степениопасностипораженияэлектротокомотносят к помещениямособо опасным,так как температурав цехе t>30°С,влажностьвоздуха j>75%,полы в помещениитокопроводящие.Поэтому необходимопринять особыемеры электробезопасности,исходя из требованийГОСТ 12.2.007.0-75 “ССБТ.Изделия электротехнические.Общие требованиябезопасности”;ГОСТ 12.1.030-81 “ССБТ.Электробезопасность.Защитное заземлениеи зануление”.

I_з = U_ф/ (R_з +R₀) = 220 / (4 + 4) = 27,5 А,

анапряжениена заземленномкорпусе

U_з = I_зґR_з = 27,5 ґ4 = 110 В.

I_кзі kґ I_ном,

гдеI_ном - номинальныйток отключенияавтомата,

k - кратностьтока короткогозамыканияотносительнотока отключенияавтомата.

Дляотключающихавтоматов степловым расцепителемс обратно зависимойот тока характеристикойk = 3.

Токкороткогозамыканияопределяетсяпо формуле:

гдеZ_т - полноесопротивлениетрансформатора;

Z_ф-полное сопротивлениефазного провода;

Z_нп- полное сопротивлениенулевого провода;

Z_нпЈZ_ф

В нашем случае:

k = 3;

I_ном = 100 А;

Z_т = 0,5 Ом;

Z_ф = 0,4 Ом;

Z_нп= 0,1 Ом.

Тогда:

Следовательноусловие 330 і3 ґ 100 выполняетсяи отключениепри замыканиипроизойдетнадежно и быстро.

Обеспечениена рабочихместах нормативныхметерологическихусловий

Метерологическиеусловия характеризуютсяследующимипоказателями:

Температураокружающеговоздуха в помещении;
Относительнаявлажность;
Скорость движениявоздуха в помещении;
Интенсивностьтепловогоизлучения;
Температураповерхностей,ограждающихрабочую зону.

Этипоказателиоказываютвлияние наздоровье иработоспособностьобслуживающегоперсонала цеха.

Таблица9.7

Периодгода

Температура,°C

оптимальнаядопустимая

от до

Относительная

влажность,%

оптимальная допустимая

Скоростьвоздуха, м/с

оптимальная допустимая

Холодный

18ё20

40ё60

0,2

Ј0,3

Теплый

21ё23

40ё60

65 при 26°C

0,3

0,2 ё0,4

Его стенкивыполнены изстальных листовиз стали 30ХГСАтолщиной

d_ст= 0.001 м,

имеющихкоэффициенттеплопроводности

l_ст= 45 Вт/(м*гр).

Теплоизоляционныйматериал представленпенополиуретаном,для которогокоэффициенттеплопроводности

l_из= 0,10 Вт/(м*гр).

Еетолщину определяемпо формуле:

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²*гр);

k - коэффициенттеплопередачииз рабочегопространстваагрегата вокружающуюсреду:

k = q_пот/(t_р- t_в)

при максимальнойтемпературерабочего пространстварасстойногошкафа

t_р = 75 °C

и температуревоздуха окружающейсреды

t_в = 25 °C

q_пот - удельныетепловые потеристенками:

q_пот = a₂* (t_ст-t_в),

В этой связитемпературастенок

t_ст = q_пот /a₂ + t_в

т.е.t_ст = 100 / 10 + 25 = 35 °С

что меньшедопускаемойтемпературынаружной поверхностистенок расстойногошкафа t_{ст доп}= 45°C

Следовательнопринимаем

q_пот = 100 Вт/м²

Отсюда

k = 100/(75 - 25) = 2 Вт/(м²*гр)

Борьба с вреднымвоздействиемшума и вибраций

содержатьоборудованиев исправномрабочем состоянии;
своевременнопроводитьтехосмотрыи ремонты;
заменять механизмыиздающие повышенныйшум;
использоватьво вращающихсямеханизмахбесшумныеподшипникикачения искольжения;
применятьбесшумныецепные передачи;
правильноосуществлятьмонтаж и наладкуоборудования;
для защиты отвибрациииспользоватьвиброглушители;
для уменьшенияшума от вентиляторови насосовиспользоватьзвукоизолирующиекожухи.

Звукоизолирующаяспособностькожуха определяетсяпо формуле:

R_к= 20lg( m ґ ¦) - 60,

гдеm- масса 1 м² кожуха;

Для стали 30ХГСА,плотностьюr = 7900 кг/м³масса 1 м² кожухатолщиной 1 мм

m = 7900 ґ 0.001 ґ1 ґ 1 = 7,9 кг;

¦- частота звука.

Максимумуровня шумаприходитсяна частоту

¦= 1000 Гц.

Тогдакожух обладаетзвукоизолирующейспособностью

R_к= 20lg( 7,9 ґ 1000 ) -60 = 18 Дб

Требуемаязвукоизолирующаяспособностькожуха

R_ктреб= L_max - L_доп+ 5,

гдеL_доп- допустимыйуровень шумав помещении,

равныйL_доп = 80 Дб.

Следовательно

R_ктреб= 90 - 80 + 5 = 15 Дб

И,так как R_кіR_{к треб}, тозвукоизолирующийкожух обеспечиваетпонижениеуровня шумадо нормативныхвеличин.

Выводыпо охране трудаи окружающейсреды

Заключение

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности(в технологическойчасти);
расчет затратна ОКР по разработкеСУ расстойногошкафа (в экономическойчасти);
безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Резюмируяописание выполненногопроекта, по егосодержаниюможно сделатьследующиевыводы:

спроектированнаясистема управленияпозволяетполностьюиспользоватьвнутренниересурсы перерабатываемогосырья, улучшитькачество выпекаемыхизделий, уменьшитьпроцент бракаи снизитьтрудоемкостьоперации расстойкитестовых заготовок;
разработаннаяполная математическаямодель процессовв расстойномшкафу позволяетлучше разобратьсяв принципахработы расстойногошкафа;
разработаннаяупрощеннаяматематическаямодель процессовв расстойномшкафу позволилапо выведеннойсистеме дифференциальныхуравнеий написатьпрограмму длярасчета параметровработы расстойногошкафа и егосистемы управления,которая можетбыть использованадля моделированияработы расстойногошкафа и проектируемойсистемы управленияна ЭВМ. Путемидентификациис работающимобразцом былавыявлена большаястепень сходстварасчетныхзначений сэкспериментальнымиданными, чтоговорит оправильностивыбранныхдопущений иупрощений,сделанных впроцессе разработкиданной модели;
путем расчетовна ЭВМ быливыбраны параметрысистемы управления,обеспечивающиезаданный режимработы расстойногошкафа;
была выбранарациональнаяи надежнаяконструкциясистемы управлениярасстойнымшкафом;
автоматизацияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийиспользуемыхв конструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом асинхронныхдвигателейспособствуетулучшениюкачества, уменьшениютрудоемкостии увеличениюскорости данныхиспытаний;
в экономическойчасти расчитанытрудоемкостьэтапов ОКР поразработкесистемы управлениярасстойнымшкафом и распределениезатрат на материалыи основнуюзаработнуюплату работниковпо календарнымпериодам, атакже построенграфик готовностиразработки;
мероприятияпо охране трудаобеспечатбезопасностьработы обслуживающегоперсоналарасстойногошкафа.

Приложения

Приложение1: программадля расчетатермодинамическихпроцессов идля исследованияработы СУ расстойногошкафа

programDiplom_S;{Расчеттермодинамическихпроцессов врасстойномшкафу}

Const

t_tenz =600;{МаксимальнодопустимаятемператураТЭНов}

p_tenz =2000;{МощностьТЭНов}

q_test_vid =100;{Энергия, выделяемаяв тесте}

dttz =1;{Допуск наотклонениетемпературыот заданной}

VAR

t_z,t_v,t_ten,t_test,t_tel,t_os,dtt,dtt0:real;

t,dt,tk : real;

k_v,k_ten,k_test,k_tel,k_st : real;

c_v,c_test,c_tel,c_ten : real;

m_v,m_test,m_tel,m_ten : real;

q_v,q_ten,q_test,q_tel,q_st,p_ten : real;

dt_test,dt_tel,dt_v,dt_ten : real;

outf : text;

procedure diff (varx:real; dx:real; dt:real);{Процедураинтегрирвания}

begin

x := x + dx * dt;

end;

BEGIN

assign (outf,'ds1.out');

Rewrite (outf);

t_z :=40;{ЗаданнаятемператураТЭНов}

t_v :=20;{Начальнаятемпературавоздуха в шкафу}

t_test:=25;{Начальнаятемпературатестовых заготовок}

t_tel :=20;{Начальнаятемпературатележек}

t_ten :=20;{НачальнаятемператураТЭНов}

t_os:=20;{Температуравоздуха окружающейсреды}

dtt := t_z -t_v;{Начальныйсигнал рассогласования}

t := 0;{Времяначала процесса}

dt := 1;{Шагинтегрирования}

tk :=3660;{Продолжительностьрасстойки}

k_ten :=97*Pi*0.006*2;{КоэффициентТЭНов}

k_test:= 24.8 *6;{Коэффициенттеста}

k_tel:= 6 *7;{Коэффициенттележек}

k_st := 1.87 *9.73;{Коэффициентстенок}

c_v :=1079;{Теплоемкостьвоздуха}

c_test:=3000;{Теплоемкостьтеста}

c_tel:=500;{Теплоемкостьтележек}

c_ten :=470;{ТеплоемкостьТЭНов}

m_v :=1.11*2;{Масса воздуха}

m_test :=0.46*120;{Масса теста}

m_tel:=50;{Масса тележек}

m_ten:=(7100*2*Pi*sqr(0.006))/4;{МассаТЭНов}

while t

q_ten:= k_ten *(t_ten - t_v);{ВыделяемаяТЭНами энергия}

q_test:= k_test *(t_v - t_test);{Потребляемаятестом энергия}

q_tel:= k_tel *(t_v - t_tel);{Потребляемаятележкамиэнергия}

q_st := k_st * (t_v- t_os);{Расход энергиичерез стенки}

q_v := q_ten -q_test - q_tel - q_st;{Тепловойбаланс}

dt_ten:=(p_ten-q_ten)/(c_ten*m_ten);{СкоростьизменениятемпературыТЭНов}

dt_test:=(q_test+q_test_vid)/(c_test*m_test);{Скоростьизменениятемпературытеста}

dt_tel:=q_tel/(c_tel*m_tel);{Скоростьизменениятемпературытележек}

dt_v := q_v / (c_v* m_v);{Скоростьизменениятемпературывоздуха}

if Frac(t/10) = 0then

writeln(t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10);{Выводрезультатов}

writeln(outf,t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10,' ',t_test:10:10);

dtt0:=dtt;{Сигнал рассогласованияв предыдущиймомент времени}

dtt:= t_z -t_v;{Сигнал рассогласования}

if ((dtt >= dttz)OR ((dtt > -dttz) AND (dtt0 > dtt))) AND (t_ten

p_ten := p_tenz

else p_ten :=0;{Включение/выключениеТЭНов}

diff(t_ten,dt_ten,dt);{НахождениетемпературыТЭНов}

diff(t_test,dt_test,dt);{Нахождениетемпературытеста}

diff(t_tel,dt_tel,dt);{Нахождениетемпературытележек}

diff(t_v,dt_v,dt);{Нахождениетемпературывоздуха}

t := t +dt;{Инкрементвремени}

end;{Конецрасчета}

close (outf);

END.

Приложение2: спецификацияк сборочномучертежу

Списокиспользуемойлитературы

Алешина О.Н.Конспект лекцийпо курсу “Экономикапроизводстваи организацияпланирования.”
Афонина О.А.,Иванов С.П.Методическиеуказания повыполнениюраздела “Охранатруда” в дипломныхработах.
Ауэрман Л.Я.Технологияхлебопекарногопроизводства.
Бормотова В.А.Методическиеуказания повыполнениюорганизационно-экономическойчасти дипломныхпроектов.
Буриченко А.А.Охрана трудав гражданскойавиации.
Воронина А.А.,Шибенко Н.Ф.Безопасностьтруда в электроустановках.
ВулаковичМ.П., Ривкин С.Л.,АлександровА.А. Таблицытеплофизическихсвойств водыи водяногопара.
Гольдберг О.Д.Испытанияэлектрическихмашин.
Кавецкий Г.Д.,Васильев Б.В.Процессы иаппараты пищевойтехнологии.
Камладзе О.Г.Конспект лекцийпо курсу “АПР.”
КалинушкинМ.П. Вентиляторныеустановки.
Кораблев В.П.Электробезопасность.
Крылов В.А., ЯровВ.Н. Методическиеуказания кдипломномупроектированиюпо курсу “Охранатруда”.
Нащокин В.В.Техническаятермодинамикаи теплопередача.
Поляков Д.Б.,Круглов И.Ю.Программированиев среде ТурбоПаскаль.
Справочникпо элементарнойфизике. Подред. Д.И.Сахарова.
СвенчанскийА.Д. Электрическиепромышленныепечи
СудзиловскийН.Б. Конспектлекций по курсу“Теория следящихсистем.”
Теплотехника.Под ред. А.П.Баскакова
Теплоэнергетикаи теплотехника.Под ред. В.А.Григорьеваи В.М. Зорина
Черных В.Я., СалапинМ.Б. Применениемикро-ЭВМ дляконтроля иуправлениятехнологическимипроцессамипроизводствапшеничногохлеба.
Яров В.Н., МалькоЛ.И. Методическиеуказания кдипломномупроекту “Защитаот шума и вибраций”.

- 136 -

Проектированиесистемы управлениярасстойнымшкафом

СинегубкинСергей АлександровичУ1998

Содержание:

Страница:

Введение

Комплексвопросов, связанныхс разработкойи внедрениемавтоматизированныхсистем управлениятехнологическимоборудованиемминипекарен,используемымпри производствехлебобулочныхизделий в настоящеевремя можетуспешно решатьсяна базе сформировавшихсянаучных достиженийв области технологиихлебопекарногопроизводства,автоматизациипроизводственныхпроцессов иосвоенияинформационной,измерительнойи вычислительнойтехники.

Технологическиепроцессыхлебопекарногопроизводствахарактеризуютсямногокомпонентностьюисходногосырья, высокойстепеньюнеопределенностина различныхэтапах протеканияпроцесса производствапшеничногохлеба, нелинейнымизависимостямимежду параметрами,т.е. являются сложными системами.В большинствесвоем онипредставляютсобой сочетаниегидродинамических,тепловых,биохимическихи механическихпроцессов.

В всвязи с этимв данном дипломномпроекте выбранык рассмотрениюследующиевопросы:

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности(в технологическойчасти);
расчет затратна ОКР по разработкеСУ расстойногошкафа (в экономическойчасти);
безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Спецчасть

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Процесспроизводствахлебобулочныхизделий делитсяна три основныестадии:

приготовлениетеста;
разделка тестовыхзаготовок;
выпечка хлеба,

которые,в свою очередь,делятся соответственнона технологическиеоперации:

замес тестаи его созревание;
деление тестана куски;
округлениетестовых заготовок;
предварительнаярасстойка;
закатка;
окончательнаярасстойка;
выпечка хлеба.

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Однойиз важнейшихтехнологическихопераций выпечкихлебобулочныхизделий являетсяпроцесс расстойкитестовых заготовок.Расстойка тестаявляетсяпредпоследнейстадией производства,на которойпроисходит окончательнаяподготовкатестовой заготовкик процессувыпечки.

Прирасстойкепротекаютбиохимические,микробиологические,коллоидныеи физическиепроцессы.

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф на ееповерхностиконденсируетсявлага и интенсифицируетсяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к тестовойзаготовке. Врезультатеэтого скоростьпрогрева ееповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовую заготовку,предотвращаетее от заветривания.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовой заготовки температурыточки росы.

Послеудаления диоксидауглерода врезультатеформированиятестовой заготовки,он опять начинаетпродуцироватьсяхлебопекарнымидрожжами. Вначале расстойкипроцесс газообразованияпротекаетдостаточноинтенсивно( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивления(см. рис. 2.1) до первогоэкстремума).Это можно объяснитьповышением активностидрожжевыхклеток в результатенасыщениятестовой заготовкикислородомвоздуха послеее разделкии частичнымудалениемпродуктовжизнедеятельностидрожжей. Прирасстойкеобразующийсядиоксид углеродазадерживаетсятестом, чтоприводит к увеличениюего объема исозданию пористойструктуры.

рис 2.1.

Через определенноевремя наблюдаетсяспад интенсивностигазообразования( участок кривойскорости измененияэлектрическогосопротивленияпосле первогоэкстремумамаксимума). Этообъясняетсяугнетениемдрожжевыхклеток продуктамиих жизнедеятельности.В этот периодвремени доэкстремумаминимума скоростиизмененияэлектрическогосопротивленияпроисходитадаптациядрожжей к новымусловиямжизнедеятельности(полностьюанаэробным).После этогоинтенсивностьгазообразованияувеличивается.

рис 2.2

При поступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф, когдатемпературазаготовкименьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, происходитдостаточносильная конденсациявлаги на поверхноститестовой заготовки.Конденсациявлаги приводитк ускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки(участок а-б).Достижениеэкстремумамаксимума вточке “б”соответствуетнагреву поверхноститестовой заготовкидо температурыточки росыокружающейсреды. Конденсациявлаги предотвращаетзаветриваниеповерхностии образованиетрещин приувеличениитестовой заготовкив объеме. Болеетого, насыщениевлагой поверхностногослоя тестовойзаготовкиобеспечиваетзакупоркукапилляров,что блокируетвыделениедиоксида углеводаиз тестовойзаготовки иповышаетгазоудерживающуюспособностьтеста.

Замедлениепрогрева тестовойзаготовки научастке “б-в”связан с уносомтепла в процессеиспарения влагис поверхности.Процесс испаренияизбыточнойвлаги с поверхноститестовой заготовкисовпадает спроцессоминтенсивногоразрыхлениятестовой заготовкиобразующимсядиоксидомуглерода. Точка“в” - экстремумминимум отражаетмомент стабилизацииструктурытеста, определяемойвнутреннимдавлением СО₂,реологическимисвойствами,соотношениемсвободной исвязаннойвлаги. Точка“в” - экстремумминимум скоростиизмененияповерхностногослоя тестовойзаготовкиявляется моментомготовноститестовой заготовкик выпечке, таккак дальнейшеепродолжениерасстойкиприводит куплотнениюповерхностногослоя за счетувеличенияпластическойсоставляющейобщей деформациитеста и процессафлуктуациигазовыделения,за счет снижениягазоудерживающейспособноститеста. Процессуплотненияповерхностногослоя тестовойзаготовкиприводит кускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки,т.е. кривая скоростиизменениятемпературыповерхностногослоя начинаетрасти. Росткривой продолжаетсядо точки “г”,после прохождениякоторой начинаетсяпроцесс интенсивногогазовыделения,связанногос резким снижениемгазоудерживающейспособноститеста, вызваннойпептизациейбелков и увеличениемжидкой фазы.После чеготестовая заготовканачинает оседать.В этот периодтакже наблюдаетсяснижение прогреватестовой заготовки( участок “г-д”см. рис.). Выпечкахлеба в периодвремени, соответствующийучастку “в г”,приводит кполучению хлебахудшего качества,чем в моментвремени соответствующийточке “в” - экстремумминимум, а научастке “г-д”- приводит кполучениюбрака.

Конструкциярасстойногошкафа

Вверхней частирасстойногошкафа находитсяотсек, в которомрасположенасистема поддержаниятемпературно-влажностногорежима в камерерасстойногошкафа, включающаяв себя:

герметичнуюметаллическуюемкость дляводы;
нагревательныеэлементы (ТЭНы);
циркуляционныйвентилятор;
электроклапаныподачи воды;
фильтр поступающейводы;
сливной насос;
трубки системы подачи и сливаводы;
воздушныеканалы;
рабочие датчикивлажности,температурыи уровня воды;
датчики критическихзначений температурыи уровня воды;
выключателипитания иуправления;
задатчикитемпературыи влажности;
индикатортемпературы;
индикаторныелампы рабочихи аварийныхрежимов;
предохранителии автоматическиевыключатели;
электроннаясистема управления;
преобразовательчастоты;

Органы управлениярасстойнымшкафом и приборыиндикациинаходятся напанели управления,расположеннойв верхней частирасстойногошкафа.

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Проектируемаясистема управлениярасстойнымшкафом должнаобеспечиватьоптимальныепараметрыпроведениярасстойкитестовых заготовок.Для этого необходимообеспечитьнепрерывныйконтроль затемпературойи влажностьюв расстойномшкафу и обеспечитьих поддержаниес заданнойточностью. Приэтом желательнопредотвратитьконденсациюводы на стенкахрасстойногошкафа и понизитьрасход энергиина проведениерасстойки.

Важной с точкизрения конвекционнойтеплопередачиявляется скоростьобдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов. Онав большой степенивлияет на качество готового продукта.Поэтому в системеуправлениядолжна бытьпредусмотренавозможностьизмененияскорости обдуваниявоздухом тестовыхзаготовок инагревательныхэлементов путемрегулированияскорости вращенияприводногодвигателяциркуляционноговентилятора.

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Известно,что при нагреваниитела кинетическаяэнергия егомолекул возрастает.Частицы болеенагретой частитела, сталкиваясьпри своембеспорядочномдвижении ссоседнимичастицами,сообщают имчасть своейкинетическойэнергии. Этотпроцесс распространяетсяпо всему телу.То есть теплопроводностьпредставляетпроцесс распространенияэнергии междучастицами тела,находящимисядруг с другомв соприкосновениии имеющимиразличныетемпературы.Например, еслинагревать одинконец железногостержня, точерез некотороевремя температурадругого егоконца такжеповысится.Перенос теплотытеплопроводностьюзависит отфизическихсвойств тела,от его геометрическихразмеров, атакже от разноститемпературмежду различнымичастями тела.При определениипереноса теплотытеплопроводностьюв реальныхтелах встречаютсяизвестныетрудности,которые напрактике досих пор не решены.Эти трудностисостоят в том,что тепловыепроцессы развиваютсяв неоднороднойсреде, свойствакоторой зависятот температурыи изменяютсяпо объему; крометого, трудностивозникают сувеличениемсложностиконфигурациисистемы.

Прирасчете теплопередачиконвекциеймежду твердымтелом и газом(жидкостью)используютвыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґaґS,

гдеa - коэффициенттеплоотдачиот твердоготела к газу,

S - площадь поверхностиомываемоготвердого тела,

Т₂ и Т₁ - температурытела и газа.

При расчететеплопередачичерез плоскуюстенку используютследующеевыражение

Q_конв = (T₂ - T₁)ґkґS,

S - площадь поверхностистенки;

(Т₂ - Т₁) - разностьтемпературна поверхностяхстенки.

Коэффициенттеплопередачирасчитываетсяпо формуле

где d - толщинастенки;

l - коэффициенттеплопроводностистенки;

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенки;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенки.

a_общ =a_кон +a_изл .

Для расчетатеплоты, необходимойдля нагревател, пользуютсяформулойтеплоемкости:

Q = c ґ m ґDТ,

где с - коэффициенттеплоемкоститела;

m - масса тела;

DТ - разностьначальной иконечной температуртела.

Модельподдержаниязаданной температуры

Вовремя работырасстойногошкафа в егокамере протекаютсложные теплообменныепроцессы.

Основнымисточникомтепла в расстойномшкафу являютсянагревательныеэлементы (ТЭНы),находящиесяв потоке воздуха,циркуляциякоторогообеспечиваетсяциркуляционнымнасосом. Подогретыйвоздух передаеттепловую энергиютестовым заготовкам,прогревая их.Одновременночасть энергиирасходуетсяна прогревтележек, а частьэнергии теряетсяза счет теплопередачичерез стенкирасстойногошкафа. При работесистемы поддержаниязаданной влажностивместе с паромв камеру расстойногошкафа такжепопадает энергия.Следовательно,уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа выглядитследующимобразом:

Q_возд= Q_тэн + Q_пара- Q_теста - Q_тел- Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_пара - количествотеплоты, вносимоев камеру расстойногошкафа вместес паром, необходимымдля поддержанияв камере расстойногошкафа заданногоуровня влажностивоздуха;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/dt),

гдеc_возд - теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха;

с_п- теплоемкостьперегретогопара;

d_п- влагосодержаниевоздуха.

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

гдеr_возд- плотностьвлажного воздухав камере расстойногошкафа;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа.

dT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

Откуда:

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= a_тэнґS_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеa_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов;

S_тэн- площадьповерхностиТЭНов;

Т_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн- теплоемкостьматериалаТЭНов;

m_тэн- масса ТЭНов.

В связи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна допустимуювеличину, системауправленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, вносимыйс паром, расчитываетсяпо формуле:

Q_пара= (Р_{тен вл} / r) ґh_п,

r- теплотапарообразованияводы;

h_п - удельнаяэнтальпиянасыщенногопара.

Q_теста= a_тестаґ S_тестаґ (Т_возд- Т_теста),

где a_теста- коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовок;

S_теста- площадь поверхноститестовых заготовок;

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок;

m_теста- масса тестовыхзаготовок.

Q_тел= a_телґ S_телґ (Т_возд- Т_тел),

где a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек;

S_тел- площадь поверхноститележек;

Т_тел - температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек;

m_тел- масса тележек.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= k_cтґ S_стґ (Т_возд- Т_ос),

где k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки;

S_ст- площадь стеноккамеры расстойногошкафа;

Т_ос- температураокружающейсреды.

Следует учесть,что коэффициентытеплоотдачиконвекцией(a_тэн,a_теста,a_тел)и коэффициенттеплопередачиk_ст (такжезависящий откоэффициентовтеплоотдачиповерхностейстенок) в своюочередь зависятот многих факторов:от температурповерхностейи омывающейих среды, отскорости движенияпоследней, отее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости(в свою очередьтакже зависящихот температурысреды), от конфигурациии состоянияповерхностейи их геометрическихразмеров. Нахождениекоэффициентовтеплоотдачиконвекциейвозможно путемрешения системыдифференциальныхуравнений(Фурье-Кирхгофа,Навье-Стокса,сплошности(непрерывности),дифференциальногоуравнениятеплообмена,описывающегопроцесс теплоотдачина границахтела) с прибавлениемкраевых условий(геометрическиеусловия, характеризующиеформу и размерытела, в которомпротекаетпроцесс теплопередачи;физическиеусловия, характеризующиефизическиесвойства средыи тела; граничныеусловия, характеризующиепротеканиепроцессатеплопередачина границахтела; временныеусловия, характеризующиепротеканиепроцесса вовремени). Этовозможно лишьв некоторыхчастных случаяхпри использованииряда упрощений,причем полученныерешения невсегда согласуютсяс опытнымирезультатами.Поэтому изучениеконвективноготеплообменаразвивалось,как правило,экспериментальнымпутем. Однакочисто экспериментальноеизучение какого-либофизическогоявления имееттот недостаток,что его результатыимеют ограниченнуюценность, таккак применимылишь к частномуявлению. Эточрезвычайноусложняетэксперимент,заставляяопытным путемпроверитьзависимостьданного явленияот ряда факторов,а некоторыеявления зависятот многих переменных.На помощь вэтих случаяхприходит теорияподобия, позволяющаяв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты,распространитьих на целуюгруппу подобныхявлений. Подобныесистемы характеризуютсябезразмернымикомплексами,составленнымииз характеризующихявление величин,сохраняющимиодно и то жечисленноезначение. Такиевеличины носятназвание инвариантовили критериевподобия иобозначаютсясимволами,состоящимииз первых буквфамилий ученых,которые ихввели в употреблениеили вообщеработали вданной области.Для определениякритериевтепловогоподобия дляпередачи теплав движущейсясреде конвекцией используетсядифференциальноеуравнениетеплопроводностиФурье-Кирхгофасовместно сграничнымуравнениемтеплообмена.На основе уравненияподобия процессовопределяютсясоотношениямежду постояннымиподобия, и изкоторых путемподстановкиопределяютсякритерии тепловогоподобия:

Nu = a ґl / l - числоНуссельта.

Ре = u ґl / a - число Пекле.

Число Пеклеобычно преобразуетсяи представляетсяв виде двухкритериев:

a = l / (c ґr ),

тоPr = c ґr ґn / l,

где с - теплоемкостьсреды;

r - плотностьсреды;

l - коэффициенттеплопроводностисреды.

Gr = bґgґl³ґDt/n²,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.

Число ГрасгофаGr характеризуетсвободноеконвективноедвижение среды.

Критериальноеуравнениетеплопередачиконвекциейстроится потипу:

Nu = f ( Re , Gr , Pr )

Для газов одинаковойатомности и,в частности,для воздуха,когда Pr = const, будемиметь:

Nu = F ( Re , Gr ).

Nu = F ( Re ).

u_кр = 2200 ґn / d.

Еще большуюпроблему представляетнахождениекоэффициентатеплоотдачиповерхностейтестовых заготовок.Это связанос тем, что припоступлениитестовых заготовокв расстойныйшкаф они прогреваютсязначительномедленнее, чемциркулирующаяв камере шкафапаровоздушнаясреда. Когдатемпературазаготовококазываетсяменьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, на ихповерхностиконденсируетсявлага, многократноувеличиваякоэффициенттеплоотдачии интенсифицируяпроцесс теплопередачиот паровоздушнойсреды к поверхноститестовых заготовок,в результатечего скоростьпрогрева ихповерхностиувеличивается.Влага, покрывающаятестовые заготовки,также предотвращаетих от затвердеванияи от образованиятрещин приувеличениитестовых заготовок.Конденсациявлаги прекращаетсяпо достиженииповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы (всвою очередьзависящей отпостоянноменяющихсятемпературыи влажностициркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха).Коэффициенттеплоотдачиповерхноститестовых заготовокпри этом уменьшается,что влечет засобой уменьшениеинтенсивностиих прогрева.Таким образом,строгое математическоеописание коэффициентатеплоотдачиповерхноститестовых заготовокне представляетсявозможным.

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Относительнаявлажностьвоздуха в расстойномшкафу находитсяпо уравнению:

j_возд= r_п/ r_max,

гдеr_max- максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха приданной температуре;

гдеV_возд-объем циркулирующегов расстойномшкафу влажноговоздуха;

G_потерь - расходпара на конденсациюна стенкахкамеры расстойногошкафа и наповерхноститестовых заготовок;

G_пара - расходпара на увлажнениевоздуха в камерерасстойногошкафа:

G_пара = Р_тенвл / r ,

гдеr- теплотапарообразованияводы;

Максимальновозможнаяабсолютнаявлажностьвоздуха (r_max)зависит оттемпературыциркулирующегов камере расстойногошкафа воздуха,а теплотапарообразованияводы (r) зависитот температурыводы. И еслипоследняя вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа практическинеизменна, тотемпературавоздуха меняетсяв заданномдиапазоне ив установившемсярежиме работырасстойногошкафа. А r_maxдовольно существеннозависит оттемпературывоздуха. Тоесть даже вустановившемсярежиме работырасстойногошкафа r_maxбудет существенноменяться и этиизменения неописываютсяс большой точностьюматематически.

Конденсациюпара на стенкахможно практическипредотвратитьсделав достаточнойтеплоизоляциюстенок расстойногошкафа. Напротив,конденсацияпара на поверхноститестовых заготовокявляется неотъемлемойчастью технологическогопроцесса расстойкитестовых заготовок,напрямую влияющейна качествоготовой продукции,и происходитв первой половинепроцесса расстойки,до моментадостиженияповерхностьютестовых заготовоктемпературыточки росы. Всвою очередь,температураточки росызависит отвлажности итемпературывоздуха в камерерасстойногошкафа. Такимобразом, математическоеописание потерьпара на конденсациюне представляетсявозможным.

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

В связи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданнойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблагодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногерметичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Распишемвсе составляющиеэтого уравнения.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :

с_в = 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иотносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2 м³;

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2 = 2,22 кг;

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,006 = 0,0377 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,006 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,006 / 16,96ґ10^-6= 1769,

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 1769^0,6 =21,15 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 21,15 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,006 = 97 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 97 ґ0,0377 = 3,6568 Вт/гр

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2000 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе 6

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,006)² / 4 = 0,4 кг,

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 2ґ10ґ0,45ґ0,66= 6 м²;

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ6 = 148,8 Вт/гр

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=120шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:

m_теста= 120 ґ 0,46 = 55,2 кг,

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_тел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 2 ґ (10ґ0,45ґ0,66+ 4ґ4ґ0,02ґ1,8)= 7 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:Re= u ґl_тел / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Таким образом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_тел= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффициенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ7 = 42 Вт/гр

иQ_тел = 42 ґ(Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скоростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 50 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,4+0,7)+1,4ґ0,7)ґ2= 9,73 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина сталистенок расстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ h_ст ,

где l -коэффициенттеплопроводностивоздуха;

h_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициентподобия Нуссельта:

Для омываниягазами вертикальныхповерхностей:

Nu = 0,15ґ(Gr_воздґPr_возд)^1/3,

где Pr - числоПрандтляхарактеризуетсобой свойствасреды;

Gr = bґgґh_ст³ґDt/n²- число Грасгофа,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотности средыс температурой.Для газов можнопринять:

b = 1/T;

n- коэффициенткинематическойвязкости среды.

вторая составляющаяобщего коэффициентатеплоотдачи:

где e_ст- степень чернотыстенок:

e_ст = 0,9;

Т_ст - температурастенок, °С;

d_ст -постояннаяСтефана-Больцмана:

d_ст = 5,67Вт/(м₂ґК⁴).

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²ґгр);

Тогдакоэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 390 Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Вовтором приближении:

Длявнутреннейповерхностистенок:

Pr₁= 0,699 (при T = 40 °С)

Учитывая,что при T = 40°С

n_возд= 16,96ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15ґ(Gr₁ґPr₁)^1/3=0,15ґ(2,7596ґ10⁹ґ0,699)^1/3=186,724

Откуда,учитывая, чтопри T = 40°С

l_возд= 2,756ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон1= Nu₁ґl_возд/h_ст=186,724ґ2,76ґ10^-2/1,85= 2,79 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²ґгр).

Аналогично,для внешнейповерхностистенок расстойногошкафа:

Pr₁= 0,703 (при T = 20 °С)

Учитывая,что при T = 20°С

n_возд= 15,06ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15ґ(Gr₂ґPr₂)^1/3=0,15ґ(3,7388ґ10⁹ґ0,703)^1/3=207

Откуда,учитывая, чтопри T = 20°С

l_возд= 2,59ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон2= Nu₂ґl_возд/h_ст=207ґ2,59ґ10^-2/1,85= 2,898 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Следовательно,общий коэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₂= a_кон2+ a_изл2= 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²ґгр).

Коэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа во второмприближениисоставит:

откудапотери теплотычерез стенкирасстойногошкафа:

Q_ст = 1,87 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 363,8Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнойповерхности

Степеньрасхождениямежду первыми вторым приближениямидля каждой изэтих температур:

d_т’= 100 ґ ( 36 - 35,8 )/ 36 =0,6%;

d_т’= 100 ґ ( 24,6 - 24 )/ 24 =2,5%.

Этодопустимо. Вэтой связирезультатывторого приближенияпринимаем заокончательные.

Т’_cт>Т_р.

Т_р = 34,5°С.

Окончательнаяформула потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа, с учетомтого что

К_ст= k_cтґ S_ст= 1,87 ґ 9,73 = 18,2 Вт/гр,

запишетсякак

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

Системадифференциальныхуравнений

DT= T_зад - T_возд- сигнал рассогласования;

;

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд);

dT_тэн/dt= (2000 - Q_тэн)/(470 ґ0,4);

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста);

dT_теста/dt= (Q_теста + 100)/( 3000 ґ120);

Q_тел= 42 ґ (Т_возд- Т_тел);

dT_тел/dt= Q_тел / (500 ґ50);

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос);

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст;

dT_возд/dt= Q_возд /(1079ґ2,22).

Расчет и идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

рис4.1

рис.4.2

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Всостав даннойсистемы управлениявходят следующиеэлементы:

Блок подогреваи увлажненияциркулирующеговоздуха
1. Конструктивныеэлементы
  1. Герметичнаяметаллическаяемкость ;
  2. Верхняя крышка;
  3. Крышка ТЭНов;
  4. Крышка датчиковуровня воды;
2. Нагревательныеэлементы (ТЭНы)
  1. ТЭН подогревавоздуха;
  2. ТЭН подогреваводы;
3. Элементы системподачи и сливаводы
  1. Фильтр поступающейводы;
  2. Электроклапанподачи воды;
  3. Электроклапанподачи водыдля очисткиот накипи;
  4. Наливные исливные трубопроводы;
  5. Сливной насос;
4. Элементы системыциркуляциивлажного воздуха
  1. Циркуляционныйвентилятор;
  2. Приводноймотор циркуляционноговентилятора(асинхронныйтрехфазныйдвигатель4АМ80Л4);
  3. Воздуховод;
5. Датчики
  1. Датчик температурыциркулирующеговоздуха;
  2. Датчик относительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
  3. Датчик предельнодопустимойтемпературыТЭНов;
  4. Датчики уровняводы
    1. Датчик максимальногоуровня воды;
    2. Датчик минимальногоуровня воды,при которомначинаетсяее доливка;
    3. Датчик опасного,вследствиеоголения ТЭНовподдержаниявлажности,уровня воды;
Блок электроннойсистемы автоматическогоуправления
1. Автоматическийотключатель;
2. Предохранители;
3. Преобразовательчастоты ACS 301-2P1-3фирмы АББ;
4. Система автоматическогоуправления;
5. Реле включенияТЭНов
  1. Реле включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  2. Реле включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;
6. Трансформатордля питаниямотора сливногонасоса;
7. Задатчики
  1. Задатчик скоростивращенияциркуляционноговентилятора;
  2. Задатчик допускаподдерживаемойтемпературы;
8. Разъемы
  1. Разъем питания;
  2. Разъем датчиков;
  3. Разъем панелиуправления;
  4. Разъем сервисный,служащий дляналадки, контроляи поиска неисправностив системеуправлениярасстойнымшкафом;
Панель управления
1. Выключатели
  1. Выключательпитания;
  2. Выключательуправления;
2. Задатчики
  1. Здатчик температуры;
  2. Задатчиквлажности;
3. Индикатортемпературы;
4. Индикаторныелампы
  1. Лампа включенияпитания;
  2. Лампа возникновениянеисправности;
  3. Лампа включениясливного насоса;
  4. Лампа включенияТЭНа поддержаниятемпературыциркулирующеговоздуха;
  5. Лампа включенияТЭНа поддержанияотносительнойвлажностициркулирующеговоздуха;

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

Система управленияобеспечиваетбезопасностьработы расстойногошкафа. Дляпредотвращенияпоследствийкоротких замыканийэлектрическиецепи питанияснабженыавтоматическимиотключателямии предохранителями.Для предотвращенияпораженияобслуживающегоперсоналапекарни электротокомвыполненозащитное зануление.Для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниятемпературыпредусмотрендатчик допустимойтемпературыданных ТЭНов,а для предотвращенияперегрева ТЭНовподдержаниявлажностипредусмотрендатчик контроляминимальнодопустимогоуровня водыв блоке подогреваи увлажнения.При любойнеисправностисистема управленияотключает всеработающиеустройстваи подает сигналпутем зажиганияна панели управлениялампы неисправности.

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

МощностьТЭНов в системеуправлениярасстойнымшкафом должнаудовлетворятьследующимусловиям:

Должен бытьобеспеченбыстрый выходв установившийсярежим работырасстойногошкафа;
Периодичностьциклов включения-выключенияТЭНов не должнабыть оченьвысокой и слишкомнизкой;
Допустимаятемпературанагрева ТЭНовне должнапревышаться.

P_тэн =2000 Вт.

T_тэнвл = c_водыґm_водыґ(100 - T₁)/t,

гдеc_воды - теплоемкостьводы:

c_воды= 4200 Дж/(кгґгр);

m_воды- масса воды вблоке увлажненияи подогрева:

m_воды= 5 кг;

T₁- температураводы в началерасстойки:

T₁= 20°С.

Тогда:

T_тэнвл = 4200 ґ5 ґ (100 - 20)/ 450 = 3733Вт.

ВыбираемT_{тэн вл} = 4000 Вт.

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Расчет циркуляционноговентилятора

Подборциркуляционноговентилятораосуществляетсяпо его объемнойпроизводительности(V_цир) и напору(Н_цир).

Объемнаяпроизводительностьрасчитываетсяпо формуле:

V_цир= u_воздґ f_шк/ 2 ,

гдеu_возд- скорость движениявоздуха в камерерасстойногошкафа:

u_возд=0,4 м/c

f_шк - площадьживого сечениякамеры расстойногошкафа:

f_шк = 1 м²,

тогда

V_цир = 0,4 ґ1 / 2 = 0,2 м³/c.

Напор определяетсяпутем аэродинамическогорасчета газовоготракта циркулирующейсреды по формуле:

Н_цир = 1,2 ґе DP,

где DP - основныеместные сопротивления:

DP = xґ u_возд²ґ r_возд,

где x -коэффициентместногосопротивления;

r - плотностьциркулирующеговоздуха.

Расчет местныхсопротивленийприведен втаблице 6.1

Таблица 6.1

Расчет местныхсопротивлений

Номер участка	r_возд,кг/м³	u_возд,м/с	x	DP, Па
1	1.11	10	0.5	55.5
2	1.11	10	2.5	277.5
3	1.11	5	0.25	6.94
4	1.08	5	1.15	31.05
5	1.08	20	0.42	181.44
6	1.08	30	0.47	456.84
7	1.08	30	1.15	1117.8
8	1.08	30	1	972
9	1.11	0.4	2.3	0.41
Итого:				3099

Откуда:

Н_цир = 1,2 ґ3099 = 3719 Па.

Этот напор приобъемнойпроизводительности

V_цир = 0,2 м³/c

может обеспечитьцентробежныйвентиляторс приводныммотором мощностью:

N_эл = V_цирґН_цир / h_цир,

где h_цир- КПД приводногодвигателяциркуляционноговентилятора:h_цир=0,75.

Тогда:N_эл = 0,2ґ 3719 / 0,75 @1000 Вт.

Технологическаячасть

Автоматизацияпроцесса испытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности

Автоматизированнаяустановка дляпроведенияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности

Навтором этапеоперации снятияпоказанийприборов замененыобработкойинформациина мини-ЭВМ.

Программаиспытаний

ДляасинхронныхдвигателейГОСТ 183-74 предписываетпрограммуприемочныхиспытаний,определяющую:

измерениясопротивленияизоляции обмотокпо отношениюк корпусу машиныи между обмоткамии сопротивленийобмоток припостоянномтоке в практическихолодном состоянии;
определениекоэффициентатрансформации(длядвигателя сфазным ротором);
испытанияизоляции обмотокна электрическуюпрочностьотносительнокорпуса машиныи между обмоткамии на электрическуюпрочностьмежвитковойизоляции обмотокстатора и фазногоротора;
определениетока и потерьхолостогохода;
определениетока и потерькороткогозамыкания;
испытаниямашины приповышеннойчастоте вращенияи на нагревание;
определениеКПД, коэффициентамощности искольжения;
испытание накратковременнуюперегрузкупо току;
определениемаксимальноговращающегомомента, минимальноговращающегомомента в процессепуска, начальногопусковоговращающегомомента и начальногопускового тока(для двигателейс короткозамкнутымротором);
измерениявибраций иуровня шума.

Определениекоэффициентатрансформации,тока и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания

Определениекоэффициентатрансформации

k_T=U_ф1/U_ф2.

Определениепотерь холостогохода

Приопыте холостогохода измеряютлинейное напряжениеU₀_лмежду всемифазами, частотусети, линейныйток I₀_лстатора в каждойфазе и потребляемуюмощность.

Коэффициентмощности холостогохода вычисляетсякак:

cosj₀=P₀/(

U₀_лI_0л).

Результатыопыта холостогохода обычноизображаютграфически- путем построениязависимостипотерь P₀,фазного токаI₀ и коэффициентамощностиcosФ₀ в функциинапряжения.

Приприемо-сдаточныхиспытанияхизмеряют токи потери холостогохода лишь приноминальномзначении напряжения.

Определениетока и потерькороткогозамыкания.

Впроцессе опытаодновременноизмеряют подводимоенапряжение,ток статора(линейный токI_kкороткогозамыкания),потребляемуюмощностьP_k(kBт), начальныйпусковой момент(для электродвигателеймалой и среднеймощности), анепосредственнопосле опытаопределяютсопротивлениеr_1kобмотки статорамежду выводами,соответствующеетемпературев конце опыта.Начальныйпусковой моментM_п=M_к(Нм) измеряютпри опытединамометромили весами наконце рычага(которым заторможенротор, закрепляемымшпонкой насвободном концевала двигателя,или весамибалансирноймашины.

М_к=0.9*9550Р_км2/n_c,

Потери (кВт) вобмотке роторапри опыте короткогозамыкания:

P_км2=Р_к-Р_км1-Р_с,

гдеР_км1- потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания, кВт; Р_с- потерив стали, определяемыеиз опыта холостогохода, кВт.

Потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания:

Р_км1=I_k²r_1k/1000.

U_k=U_H/3,8 ,

гдеU_H-нормальноенапряжениедвигателя.

U_H,В... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

U_K,В... 33 58 100 115 130 173 800 1600 2640

Второйотсчет - принапряжении(1-0,1) U_H.ТребуемоенапряжениеU_kподают начинаяс минимальногозначения. Воизбежаниечрезмерногонагрева обмоток токами короткогозамыканиярекомендуетсяотсчет по приборампри каждомзначении подведенногонапряженияпроизводитьза время неболее 10с, а послеотсчета двигательсразу отключать.

Поданным опытакороткогозамыканияопределяюткоэффициентмощности:

cosj_k= P_k/(

U_kI_k).

рис.7.1,7.2

I_K.H=(U_H- U_K¹) I_K/(U_K- U_K¹)

гдеI_K,U_K- соответственнонаибольшиеток, А, и напряжение,В, измеренныев процессеопыта; U_H- номинальноенапряжение,В.

М_КН = (I_КН/I_К)²ґМ_К,

гдеМ_к- вращающиймомент принаибольшемнапряженииопыта короткогозамыкания, Нм.

ОпределениеКПД, коэффициентамощности искольженияпо рабочейхарактеристике

Рабочаяхарактеристика,то есть зависимостьпотребляемоймощности, тока,скольжения,КПД и коэффициентамощности отполезной мощности,снимается принеизменныхи номинальныхприложеннымнапряжениии частоте,изменяющейсянагрузке отхолостого ходадо 110 % номинальной(5-7 значений), итемпературе,близкой кустановившейсяпри номинальнойнагрузке. Впроцессе опытаизмеряют линейныенапряженияU_н и токI, потребляемуюмощность Р₁и скольжениеs двигателя.По результатамизмеренийопределяюткоэффициентмощности.

Дляконтроля коэффициентмощности находятпо отношениюпоказаний двухваттметров.

Суммапотерь асинхронного двигателявычисляетсякак:

Р_S=Р_м1+Р_м2+Р_с+Р_мех+Р_Д,

Если рабочуюхарактеристикунет возможностиснять при номинальномнапряжении,тогда ее определяютпри напряжении0.5U_HrH. Полученныерезультатыиспытанийв этом случаеможно привестик номинальномунапряжениюпо следующимформулам:

s₁=s_r;P₁=P_1r(U_H/U_r)²;

I=I_r(U_H/U_r)+DI₀;

DI₀=I₀sinj₀- I_0r(U_H/U_r)sinj_0r,

гдеs_r, I_r ,I_0r ,j_0r- величинысоответственноскольжения,потребляемоймощности, тока,тока холостогохода и уголмежду векторамитока и напряжения,измеренныепри холостомходе и напряженииU_r;s₁,P₁,I, I₀,sinj₀- аналогичныевеличины приноминальномнапряжении.

Значениетока при номинальномнапряжении:

Определениемаксимальногои минимальноговращающих моментов

Определениемаксимальноговращающего момента

Определениекривой вращающегомомента припуске.

Крометого, искажающеевлияние наначальную частьпроцесса пускаоказываютпереходныепроцессы привключении, ана машины сподшипникамискольжения- еще и высокоезначение ихначальногомомента трения.Для устраненияискажающихвоздействийприбегают кпредварительномувращению испытуемогодвигателя впротивоположномнаправлении,затем, изменяячередованиефаз, реверсируютдвигатель изаписываюткривую вращающихмоментов. Масштабмомента определяетсяпо значениюначальногопусковогомомента, получаемогоиз опыта короткогозамыкания. Призаписи кривоймомента приреверсированииначальныйпусковой моментсоответствуетчастоте вращения,равной нулю.

Способопределениямаксимальноговращающегомомента непосредственнымизмерениемвращающегомомента принагрузке.

Наиболее частов качествебалансирнойнагрузочноймашины используютгенераторпостоянноготока. Если генераторработает снеизменнымвозбуждениеми нагрузочнымсопротивлением,то зависимостьмомента отчастоты вращениябудет прямолинейной,исходящей изначала координат,с угловымкоэффициентом,пропорциональнымквадрату магнитногопотока Ф. Такойвид нагрузочнойхарактеристикипозволяетопределитьточку, в которойвращающиймомент испытуемогодвигателя имеетмаксимальнуювеличину. Однакочасто приходитсяснимать всюкривую М = f(s),включая еенеустойчивуючасть, для оценкипровалов кривоймоментов,вызванныхвлиянием синхронныхи асинхронныхмоментов отвысших гармоник.В этом случаевид нагрузочныхкривых долженбыть иным, чтобыобеспечитьустойчивыеточки пересеченияс кривой моментаиспытуемогодвигателя.Этого можнодобиться, например,изменяя возбуждениегенераторапри работе егона общую сетьпостоянноготока.

Вычислениемаксимальноговращающегомомента помощности навалу и частотевращения принагрузкеэлектродвигателя.

Испытуемыйасинхронныйдвигательмеханическисоединяют сгенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением.Изменениенагрузки двигателяпроизводятрегулированиенапряжениясети, на которуюработает нагрузочныйгенератор.Отсчеты производятпри установившихсяпоказанияхприборов.Предварительноснимают двехарактеристикимашины постоянноготока: холостогохода при постояннойчастоте вращенияв генераторномрежиме и зависимостьтока холостогохода от частотывращенияI₀ = f(n) припостоянномзначении токавозбуждения(это значениетока возбужденияостаетсянеизменнымпри определениимаксимальноговращающегомомента) вдвигательномрежиме безиспытуемогодвигателя.

Дляопределенияискомой кривойзависимостивращающихмоментов асинхронногодвигателя отчастоты вращенияпри испытанииизмеряют токякоря генераторапостоянноготока I_я и частотывращенияиспытываемогодвигателяn(об/мин).

Величинувращающегомомента (Нм)находят как:

М=9,55Е₀(I_я+I₀)/n,

гдеЕ₀-ЭДС холостогохода.

Пополученнойкривой М = f(n)определяеммаксимальныйвращающиймомент.

Определениеминимальноговращающегомомента.

Достаточноточное определениевеличины минимальноговращающегомомента асинхронногодвигателя имеетважное значение,так как снижениеего ниже допустимогопо стандартуможет привестик “застреванию”электродвигателяна малой частотевращения припуске под нагрузкой.Такой режимработы близокк режиму короткогозамыканияи являетсяаварийным.

Минимальныйвращающиймомент определяютодним из следующихспособов:

из кривой вращающегомомента, снятойс помощьюрегистрирующегоприбора в процессепуска;
при непосредственнойнагрузке балансирноймашины илигенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением(при нагрузкес помощью генераторапостоянноготока вращающиймомент определяютнепосредственноили с помощьютарированногогенератора)и при непосредственнойнагрузкетарированнойасинхронноймашиной, работающейв режиме противовключенияи включеннойв сеть с регулируемымнапряжением.

Первыедва способадополнительныхпояснений нетребуют. Третийспособ основанна том, что вращающиймомент нагрузочнойасинхронноймашины работающейв режиме противовключения,остается практическипостояннымв диапазонескольженийот 1 до скольжения,соответствующегоминимальномувращающемумоменту, и зависяттолько от величинынапряжения,подводимогок нагрузочноймашине. Дляизбежанияпровалов вкривой М = f(n)нагрузочнойасинхронноймашины в режимеэлектромагнитноготормоза рекомендуетсяв этой машинеувеличитьвоздушный зазормежду статороми ротором путемдополнительнойобработкиротора по наружномудиаметру, вцепь фазногоротора следуетвключитьдополнительныеактивныесопротивления,а в цепь статора- дополнительноиндуктивноесопротивление.Испытанияпроводят следующимобразом:

Нагрузочнаяасинхроннаямашина работаетв режиме противовключения,то есть магнитноеполе ее вращаетсяв сторонупротивоположнуювращению ротора,что создаетсоответствующийтормозноймомент дляиспытуемогодвигателя.Тормозноймомент регулируютподводимымк нагрузочноймашине напряжениемпри помощиисточникарегулируемогонапряжения.Нагрузочнуюасинхронную машину следуетзаранее протарировать,то есть определитьзависимостьвращающегомомента на валуот подводимогок машине напряженияпри работе еев режиме электромагнитноготормоза. Приэтом необходимоубедиться вотсутствиизначительныхколебанийвеличины тормозногомомента нагрузочноймашины прификсированномнапряжениив диапазонескольженияот 1 до 2. Одну иту же протарированнуюнагрузочнуюасинхроннуюмашину вследствиепостоянствамомента призаданном напряженииможно использоватьпри испытанииасинхронныхдвигателейс разныминоминальнымичастотамивращения.

Дляопределенияминимальноговращающегомомента нанагрузочнуюмашину подаютпониженноенапряжение,соответствующееопределенномузначению тормозноговращающегомомента. Одновременнос нагрузочноймашиной включаютна номинальноенапряжениеиспытываемыйдвигатель. Еслиминимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателяменьше тормозноговращающегомомента нагрузочноймашины, то агрегатзадержитсяна промежуточнойчастоте вращения,а если минимальныйвращающиймомент испытываемогодвигателя вышетормозного,то агрегатдостигаетполной частотывращенияиспытываемогодвигателя.

Определениесоответствияноминальныхпоказателейдвигателейтребованиямстандартов

Номинальнымипоказателямиасинхронныхдвигателей,значения которыхустановленыв стандартахили техническихусловиях, являются:КПД h,коэффициентмощности cosj₀, максимальныймомент М_м,а для двигателейс короткозамкнутымротором, крометого, начальныйпусковой моментМ_п и начальныйпусковой токI_п.

Методыконтроля номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний

Зонына параметрыприемо-сдаточныхиспытаний ( I₀, I_к ,Р₀ и Р_к), рассчитанныепо номинальнымпоказателямэлектродвигателейс учетом допусковна эти показатели,позволяютосуществитьконтроль номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний.

Сэтой целью порезультатамприемо-сдаточныхиспытаний необходимонанести в координатах I₀-I_k;P₀-P_k;I_k-P_kточки соответствующиеполученнымзначениямпараметровприемо-сдаточныхиспытаний.Попадание точеквнутрь всехдопустимыхзон свидетельствуето соответствииноминальныхпоказателейиспытанногодвигателятребованиямтехническихусловий с учетомдопусков поГОСТу. Еслихоть одна точкавыходит запределы любойиз зон, этосвидетельствуето том, что покрайней мерепо одномуноминальномупоказателюэлектродвигательне удовлетворяетпредписаннымтребованиям.

Автоматизированнаяиспытательно-диагностическая система дляконтроля закачествомэлектродвигателейс использованиемЭВМ

рис.7.3

Данная системафункционируетсовместно сиспытательнымконвейером,имеющим 7 основныхпозиций испытанийасинхронныхдвигателей.На первой позициииспытательногостенда контролируетсяобрыв фаз, а навторой - сопротивленияизоляции обмотокотносительнокорпуса двигателяи между обмотками.На третьей ичетвертойпозицияхосуществляютсяиспытаниямежвитковойизоляции обмотокна электрическуюпрочность. Напятой позицииэлектродвигателиподвергаютсяиспытаниямв режимах холостогохода и короткогозамыкания.Шестая позицияпредназначенадля испытанийизоляции обмотокотносительнокорпуса и междуобмотками наэлектрическуюпрочность, аседьмая - длявибрационныхиспытаний.

Вовремя испытанийот позиций 1-4,6 и 7 через измерительнуюсистему навходы блокасопротивленияпоступаютбинарные сигналы.Если на соответствующейпозиции электродвигательне выдерживаетиспытания, товырабатывается“0” (низкийпотенциал),если выдерживает- сигнал “1”(высокийпотенциал).

Длякаждого годногоасинхронногодвигателяоформляютпротокол испытанийс указаниемреквизитовдвигателя.

Совершенствованиеалгоритма функционированияв программеЭВМ направленона обеспечениецифровогопрограммногоуправленияработой измерительногокомплекса ина использованиедополнительныхпроцедурконтрольно-измерительной,испытательнойи диагностическойработы дляповышениядостоверностии глубины контроляпараметрови диагностированияасинхронныхдвигателей.

Экономическаячасть

Расчеттрудоемкостии затрат на ОКРпо разработкеСУ расстойногошкафа

Структурапланируемойк разработкеСУ расстойнымшкафом и данныео составе элементовСУ-аналогов

Таблица8.1 - СтруктураСУ расстойногошкафа

№	Элементыпривода	ТрудоёмкостьT_Oi,чел-ч	Коэф. новизны К_Н_i	Группа сложности	Коэф. сложностиK_СЛi
	Корпусныедетали	450	0.50	2	1,3
	Датчикиуровня воды	600	0.65	3	1,6
	Циркуляционныйвентилятор	250	0.50	3	1,6
	Электродвигательциркуляционноговентилятора	ПГИ	-	-	-
	Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воздуха	2000	0.50	4	2,0
	Нагревательныеэлементы (ТЭНы)воды	1500	0.50	4	2,0
	Датчик опаснойтемпературы	ПГИ	-	-	-
	Сливнрйнасос	ПГИ	-	-	-
	Фильтр воды	ПГИ	-	-	-
	Электроклапанподачи воды	ПГИ	-	-	-
	Системаподачи воды	1000	0.80	3	1,6
	Системаслива воды	500	0.80	3	1,6
	Блок питания	250	0.50	3	1,6
	Электроннаясистема управления	4500	0.80	4	2,0
	Предохранитель	ПГИ	-	-	-
	Датчиктемпературы	ПГИ	-	-	-
	Датчик влажности	350	0.50	4	2,0
	Выключательпитания	ПГИ	-	-	-
	Индикаторныелампы	ПГИ	-	-	-
	Задатчиктемпературы	200	0.50	3	1,6
	Задатчиквлажности	200	0.50	3	1,6
	Электропроводка	400	0.50	2	1,3

К_Н_i=0,50Проектированиеэлементов поимеющимсяобразцам беззначительныхконструктивныхи размерныхизменений.

Группысложности икоэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементов СУберем из таблиц.

СтоимостьразработкиСУ-аналогаС_о=80000 руб.

РасчеттрудоемкостипроектированияСУ

Коэффициентысложности K_СЛiразработкиэлементовопределяютсяпо группе сложности(см. таблицу8.1).

Подставляяв уравнение

значенияn, n_гэ, T_Oi, К_ПР,К_Н_iи К_СЛ_i,получим трудоемкостьпроектирования:

^чел.-ч.

Распределениетрудоемкостипо основнымэтапам ОКР

Этапы ОКР поразработкеСУ расстойногошкафа приведеныв таблице:

Таблица8.2 - Этапы ОКР

Номер этапа	Наименованиеэтапа
	РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта
	Разработкатехническогопроекта и рабочейдокументации
	Изготовлениеопытных образцов
	Заводскиеиспытания
	Государственныеиспытания

Т_ПР= Т_ОКР₁+Т_ОКР₂

Таблица8.3 - Трудоёмкостьэтапов разработкиСУ

наименованиеэтапа	удельныйвес этапа		Т_ОКР_j
	по трудоёмкостиq_Тj	по стоимостиq_Сj
РазработкаТЗ, ТП и эскизногопроекта	0.28	0.23	5102,30
Разработкатехническогопроекта	0.37	0.36	6742,32
Изготовлениеопытных образцов	0.27	0.35	4920,07
Заводскиеиспытания	0.07	0.05	1275,57
Государственныеиспытания	0.01	0.01	182,22

Расчеттрудоемкости,стоимости идлительностицикла разработкиСУ

Суммарнаятрудоемкостьразработкиопределяетсякак сумматрудоёмкостиотдельныхэтапов:

^чел.-ч.

Общая длительностьцикла разработкиТ_Ц= 4 квартала.

С_ОКР=С_0*К_СЛ=С_0*

q_Ti*К_СЛi=С_0*

(T_0i/Т_ПР)К_СЛi,

где С₀- стоимостьразработкипривода-аналога.

С₀ = 80000 руб.

С_ОКР=80000ґ(450ґ1,3+600ґ1,6+250ґ1,6+2000ґ2,0+1500ґ2,0+

+1000ґ1,6+500ґ1,6+250ґ1,6+4500ґ2,0+350ґ2,0+200ґ1,6+

+200ґ1,6+400ґ1,3)/11844,615= 152677 руб.

Определениедлительностиэтапов и построениекалендарногографика разработкиСУ

Определимдлительностьэтапов разработки:

Т_Ц_j=Т_Ц*К_ПАРj*К_ПЕРj/А,[кварталы],

КоэффициентА рассчитываетсяпо формуле:

А=

(К_ПАРj*К_ПЕРj+К_ПАРj+1*К_ПЕРj+1)К_ПАРj,j+1-

К_ПАРj*К_ПЕРj=

=(1.4ґ1.25+1.25ґ4.6)ґ0.85+(1.25ґ4.6+3.2ґ2)ґ0.6+(3.2ґ2+1.7ґ3.15)ґ0.6+

+(1.7ґ3.15+1.9ґ2.3)ґ0.82-(1.25ґ4.6+3.2ґ2+1.7ґ3.15)= 11,1875

После подстановкисоответствующихкоэффициентовполучим длительностиэтапов разработки:

Т_Ц1=0,626Т_Ц2=2,056Т_Ц3=2,288Т_Ц4=1,915Т_Ц5=1,562

Найдём совместнуюдлительностьдвух смежныхэтапов с учётомпараллельностивыполненияработ во времени:

Т_Цj,j+1= К_ПАРj,j+1(Т_Цj+Т_Цj₊₁)

Т_Ц1,2=2,28Т_Ц2,3=2,606Т_Ц3,4=2,522Т_Ц4.5=2,851

Рисунок8.1 - Календарныйграфик разработкиобъекта

Расчетраспределениятрудоемкостиэтапов по календарнымпериодам ипостроениеграфика готовностиразработкиСУ на конецкалендарногопериода

Этапы	q_Тj	Т_ОКР_j	К в а р т а л ы
			1	2	3	4
1	0.28	5102.296	5102.296
2	0.37	6742.319
3	0.27	4920.071
4	0.07	1275.574
5	0.01	182.225
Итого	1	18222.485	8632.936	5996.57	3434.69	159.29
D_гот,%

График показателяD_готприведён ниже(см. рис.8.2):

D_готґ10^-2, %

Кварталы

Рисунок8.2 - Показательготовностиразработкина конец календарногопериода

Расчет распределенияматериальныхзатрат и фондаосновной заработнойплаты по календарнымпериодам

Таблица8.5 - Материальныезатраты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_МЗj	С_МЗ_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.05	1755.79
2	0.36	54963.72	0.05	2748.19
3	0.35	53436.95	0.3	16031.08
4	0.05	7633.85	0.31	2366.49
5	0.01	1526.77	0.29	442.76
Итого	1	152677		23344.31	6003.06	9394.9	7584.81	362.55
D_МЗ,%

Таблица8.6 - Фонд основнойзаработнойплаты

Этапы	q_Сj	С_ОКР_j	q_ЗПj	С_ЗП_j	К в а р т а л ы
					1	2	3	4
1	0.23	35115.71	0.3	10534.71
2	0.36	54963.72	0.3	16489.12
3	0.35	53436.95	0.1	5343.7
4	0.05	7633.85	0.15	1145.08
5	0.01	1526.77	0.15	229.02
Итого	1	152677		33741.63	17828.9	10864.39	4864.44	184.89
D_ЗП,%

Охранатруда и окружающейсреды

Безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом

месильнаямашина длязамеса опарыс объемнымдозатором мукии дозировочнойстанцией дляжидких компонентов;
агрегат дляброжения опары;
месильнаямашина длязамеса теста;
тестоделительнаямашина;
округлитель;
закаточнаямашина;
расстойныйшкаф;
хлебопечь.

Анализопасностейи вредностей

Проведеманализ опасностейи вредностейимеющих местопри работе срасстойнымшкафом в составеминипекарни.

технологическоеоборудование;
электроприборыи электропроводка;
плохие метерологическиеусловия нарабочих местах(температура,влажность ит.п.);
шум и вибрации;
недостаточнаяосвещенностьна рабочихместах.

Далеерассмотренынекоторые мерыи требованияпо обеспечениюбезопасноститруда при работес расстойнымшкафом.

Безопасностьработы технологическогооборудования

нагревательныеэлементы (ТЭНы);
парогенератор;
циркуляционныйвентилятор;
насос;
блоки системыуправления.

Всеэти агрегатысобраны подзащитным кожухомв верхней частирасстойногошкафа.

Всеэто исключаетэксплуатациюрасстойногошкафа в неисправноми опасном дляперсоналахлебопекарни,состоянии.

Электробезопасность

Наоснове Правилустройстваэлектроустановок(ПУЭ-92) помещениецеха, где производитсявыпечка хлебапо степениопасностипораженияэлектротокомотносят к помещениямособо опасным,так как температурав цехе t>30°С,влажностьвоздуха j>75%,полы в помещениитокопроводящие.Поэтому необходимопринять особыемеры электробезопасности,исходя из требованийГОСТ 12.2.007.0-75 “ССБТ.Изделия электротехнические.Общие требованиябезопасности”;ГОСТ 12.1.030-81 “ССБТ.Электробезопасность.Защитное заземлениеи зануление”.

I_з = U_ф/ (R_з +R₀) = 220 / (4 + 4) = 27,5 А,

анапряжениена заземленномкорпусе

U_з = I_зґR_з = 27,5 ґ4 = 110 В.

I_кзі kґ I_ном,

гдеI_ном - номинальныйток отключенияавтомата,

k - кратностьтока короткогозамыканияотносительнотока отключенияавтомата.

Дляотключающихавтоматов степловым расцепителемс обратно зависимойот тока характеристикойk = 3.

Токкороткогозамыканияопределяетсяпо формуле:

гдеZ_т - полноесопротивлениетрансформатора;

Z_ф-полное сопротивлениефазного провода;

Z_нп- полное сопротивлениенулевого провода;

Z_нпЈZ_ф

В нашем случае:

k = 3;

I_ном = 100 А;

Z_т = 0,5 Ом;

Z_ф = 0,4 Ом;

Z_нп= 0,1 Ом.

Тогда:

Следовательноусловие 330 і3 ґ 100 выполняетсяи отключениепри замыканиипроизойдетнадежно и быстро.

Обеспечениена рабочихместах нормативныхметерологическихусловий

Метерологическиеусловия характеризуютсяследующимипоказателями:

Температураокружающеговоздуха в помещении;
Относительнаявлажность;
Скорость движениявоздуха в помещении;
Интенсивностьтепловогоизлучения;
Температураповерхностей,ограждающихрабочую зону.

Этипоказателиоказываютвлияние наздоровье иработоспособностьобслуживающегоперсонала цеха.

Таблица9.7

Периодгода

Температура,°C

оптимальнаядопустимая

от до

Относительная

влажность,%

оптимальная допустимая

Скоростьвоздуха, м/с

оптимальная допустимая

Холодный

18ё20

40ё60

0,2

Ј0,3

Теплый

21ё23

40ё60

65 при 26°C

0,3

0,2 ё0,4

Его стенкивыполнены изстальных листовиз стали 30ХГСАтолщиной

d_ст= 0.001 м,

имеющихкоэффициенттеплопроводности

l_ст= 45 Вт/(м*гр).

Теплоизоляционныйматериал представленпенополиуретаном,для которогокоэффициенттеплопроводности

l_из= 0,10 Вт/(м*гр).

Еетолщину определяемпо формуле:

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²*гр);

k - коэффициенттеплопередачииз рабочегопространстваагрегата вокружающуюсреду:

k = q_пот/(t_р- t_в)

при максимальнойтемпературерабочего пространстварасстойногошкафа

t_р = 75 °C

и температуревоздуха окружающейсреды

t_в = 25 °C

q_пот - удельныетепловые потеристенками:

q_пот = a₂* (t_ст-t_в),

В этой связитемпературастенок

t_ст = q_пот /a₂ + t_в

т.е.t_ст = 100 / 10 + 25 = 35 °С

что меньшедопускаемойтемпературынаружной поверхностистенок расстойногошкафа t_{ст доп}= 45°C

Следовательнопринимаем

q_пот = 100 Вт/м²

Отсюда

k = 100/(75 - 25) = 2 Вт/(м²*гр)

Борьба с вреднымвоздействиемшума и вибраций

содержатьоборудованиев исправномрабочем состоянии;
своевременнопроводитьтехосмотрыи ремонты;
заменять механизмыиздающие повышенныйшум;
использоватьво вращающихсямеханизмахбесшумныеподшипникикачения искольжения;
применятьбесшумныецепные передачи;
правильноосуществлятьмонтаж и наладкуоборудования;
для защиты отвибрациииспользоватьвиброглушители;
для уменьшенияшума от вентиляторови насосовиспользоватьзвукоизолирующиекожухи.

Звукоизолирующаяспособностькожуха определяетсяпо формуле:

R_к= 20lg( m ґ ¦) - 60,

гдеm- масса 1 м² кожуха;

Для стали 30ХГСА,плотностьюr = 7900 кг/м³масса 1 м² кожухатолщиной 1 мм

m = 7900 ґ 0.001 ґ1 ґ 1 = 7,9 кг;

¦- частота звука.

Максимумуровня шумаприходитсяна частоту

¦= 1000 Гц.

Тогдакожух обладаетзвукоизолирующейспособностью

R_к= 20lg( 7,9 ґ 1000 ) -60 = 18 Дб

Требуемаязвукоизолирующаяспособностькожуха

R_ктреб= L_max - L_доп+ 5,

гдеL_доп- допустимыйуровень шумав помещении,

равныйL_доп = 80 Дб.

Следовательно

R_ктреб= 90 - 80 + 5 = 15 Дб

И,так как R_кіR_{к треб}, тозвукоизолирующийкожух обеспечиваетпонижениеуровня шумадо нормативныхвеличин.

Выводыпо охране трудаи окружающейсреды

Заключение

описание процессарасстойкитестовых заготовоки требованияк системеуправления;
разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу;
разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу;
выбор элементови конструкциисистемы управления;
расчет параметровсистемы управления,обеспечивающихзаданный режим;
автоматизацияи технологияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателеймалой мощности(в технологическойчасти);
расчет затратна ОКР по разработкеСУ расстойногошкафа (в экономическойчасти);
безопасностьтруда при работес расстойнымшкафом (в разделеохраны трудаи окружающейсреды).

Резюмируяописание выполненногопроекта, по егосодержаниюможно сделатьследующиевыводы:

спроектированнаясистема управленияпозволяетполностьюиспользоватьвнутренниересурсы перерабатываемогосырья, улучшитькачество выпекаемыхизделий, уменьшитьпроцент бракаи снизитьтрудоемкостьоперации расстойкитестовых заготовок;
разработаннаяполная математическаямодель процессовв расстойномшкафу позволяетлучше разобратьсяв принципахработы расстойногошкафа;
разработаннаяупрощеннаяматематическаямодель процессовв расстойномшкафу позволилапо выведеннойсистеме дифференциальныхуравнеий написатьпрограмму длярасчета параметровработы расстойногошкафа и егосистемы управления,которая можетбыть использованадля моделированияработы расстойногошкафа и проектируемойсистемы управленияна ЭВМ. Путемидентификациис работающимобразцом былавыявлена большаястепень сходстварасчетныхзначений сэкспериментальнымиданными, чтоговорит оправильностивыбранныхдопущений иупрощений,сделанных впроцессе разработкиданной модели;
путем расчетовна ЭВМ быливыбраны параметрысистемы управления,обеспечивающиезаданный режимработы расстойногошкафа;
была выбранарациональнаяи надежнаяконструкциясистемы управлениярасстойнымшкафом;
автоматизацияприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийиспользуемыхв конструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом асинхронныхдвигателейспособствуетулучшениюкачества, уменьшениютрудоемкостии увеличениюскорости данныхиспытаний;
в экономическойчасти расчитанытрудоемкостьэтапов ОКР поразработкесистемы управлениярасстойнымшкафом и распределениезатрат на материалыи основнуюзаработнуюплату работниковпо календарнымпериодам, атакже построенграфик готовностиразработки;
мероприятияпо охране трудаобеспечатбезопасностьработы обслуживающегоперсоналарасстойногошкафа.

Приложения

Приложение1: программадля расчетатермодинамическихпроцессов идля исследованияработы СУ расстойногошкафа

programDiplom_S;{Расчеттермодинамическихпроцессов врасстойномшкафу}

Const

t_tenz =600;{МаксимальнодопустимаятемператураТЭНов}

p_tenz =2000;{МощностьТЭНов}

q_test_vid =100;{Энергия, выделяемаяв тесте}

dttz =1;{Допуск наотклонениетемпературыот заданной}

VAR

t_z,t_v,t_ten,t_test,t_tel,t_os,dtt,dtt0:real;

t,dt,tk : real;

k_v,k_ten,k_test,k_tel,k_st : real;

c_v,c_test,c_tel,c_ten : real;

m_v,m_test,m_tel,m_ten : real;

q_v,q_ten,q_test,q_tel,q_st,p_ten : real;

dt_test,dt_tel,dt_v,dt_ten : real;

outf : text;

procedure diff (varx:real; dx:real; dt:real);{Процедураинтегрирвания}

begin

x := x + dx * dt;

end;

BEGIN

assign (outf,'ds1.out');

Rewrite (outf);

t_z :=40;{ЗаданнаятемператураТЭНов}

t_v :=20;{Начальнаятемпературавоздуха в шкафу}

t_test:=25;{Начальнаятемпературатестовых заготовок}

t_tel :=20;{Начальнаятемпературатележек}

t_ten :=20;{НачальнаятемператураТЭНов}

t_os:=20;{Температуравоздуха окружающейсреды}

dtt := t_z -t_v;{Начальныйсигнал рассогласования}

t := 0;{Времяначала процесса}

dt := 1;{Шагинтегрирования}

tk :=3660;{Продолжительностьрасстойки}

k_ten :=97*Pi*0.006*2;{КоэффициентТЭНов}

k_test:= 24.8 *6;{Коэффициенттеста}

k_tel:= 6 *7;{Коэффициенттележек}

k_st := 1.87 *9.73;{Коэффициентстенок}

c_v :=1079;{Теплоемкостьвоздуха}

c_test:=3000;{Теплоемкостьтеста}

c_tel:=500;{Теплоемкостьтележек}

c_ten :=470;{ТеплоемкостьТЭНов}

m_v :=1.11*2;{Масса воздуха}

m_test :=0.46*120;{Масса теста}

m_tel:=50;{Масса тележек}

m_ten:=(7100*2*Pi*sqr(0.006))/4;{МассаТЭНов}

while t

q_ten:= k_ten *(t_ten - t_v);{ВыделяемаяТЭНами энергия}

q_test:= k_test *(t_v - t_test);{Потребляемаятестом энергия}

q_tel:= k_tel *(t_v - t_tel);{Потребляемаятележкамиэнергия}

q_st := k_st * (t_v- t_os);{Расход энергиичерез стенки}

q_v := q_ten -q_test - q_tel - q_st;{Тепловойбаланс}

dt_ten:=(p_ten-q_ten)/(c_ten*m_ten);{СкоростьизменениятемпературыТЭНов}

dt_test:=(q_test+q_test_vid)/(c_test*m_test);{Скоростьизменениятемпературытеста}

dt_tel:=q_tel/(c_tel*m_tel);{Скоростьизменениятемпературытележек}

dt_v := q_v / (c_v* m_v);{Скоростьизменениятемпературывоздуха}

if Frac(t/10) = 0then

writeln(t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10);{Выводрезультатов}

writeln(outf,t:2:0,' ',t_v:10:10,' ',dt_v:10:10,' ',t_test:10:10);

dtt0:=dtt;{Сигнал рассогласованияв предыдущиймомент времени}

dtt:= t_z -t_v;{Сигнал рассогласования}

if ((dtt >= dttz)OR ((dtt > -dttz) AND (dtt0 > dtt))) AND (t_ten

p_ten := p_tenz

else p_ten :=0;{Включение/выключениеТЭНов}

diff(t_ten,dt_ten,dt);{НахождениетемпературыТЭНов}

diff(t_test,dt_test,dt);{Нахождениетемпературытеста}

diff(t_tel,dt_tel,dt);{Нахождениетемпературытележек}

diff(t_v,dt_v,dt);{Нахождениетемпературывоздуха}

t := t +dt;{Инкрементвремени}

end;{Конецрасчета}

close (outf);

END.

Приложение2: спецификацияк сборочномучертежу

Списокиспользуемойлитературы

Алешина О.Н.Конспект лекцийпо курсу “Экономикапроизводстваи организацияпланирования.”
Афонина О.А.,Иванов С.П.Методическиеуказания повыполнениюраздела “Охранатруда” в дипломныхработах.
Ауэрман Л.Я.Технологияхлебопекарногопроизводства.
Бормотова В.А.Методическиеуказания повыполнениюорганизационно-экономическойчасти дипломныхпроектов.
Буриченко А.А.Охрана трудав гражданскойавиации.
Воронина А.А.,Шибенко Н.Ф.Безопасностьтруда в электроустановках.
ВулаковичМ.П., Ривкин С.Л.,АлександровА.А. Таблицытеплофизическихсвойств водыи водяногопара.
Гольдберг О.Д.Испытанияэлектрическихмашин.
Кавецкий Г.Д.,Васильев Б.В.Процессы иаппараты пищевойтехнологии.
Камладзе О.Г.Конспект лекцийпо курсу “АПР.”
КалинушкинМ.П. Вентиляторныеустановки.
Кораблев В.П.Электробезопасность.
Крылов В.А., ЯровВ.Н. Методическиеуказания кдипломномупроектированиюпо курсу “Охранатруда”.
Нащокин В.В.Техническаятермодинамикаи теплопередача.
Поляков Д.Б.,Круглов И.Ю.Программированиев среде ТурбоПаскаль.
Справочникпо элементарнойфизике. Подред. Д.И.Сахарова.
СвенчанскийА.Д. Электрическиепромышленныепечи
СудзиловскийН.Б. Конспектлекций по курсу“Теория следящихсистем.”
Теплотехника.Под ред. А.П.Баскакова
Теплоэнергетикаи теплотехника.Под ред. В.А.Григорьеваи В.М. Зорина
Черных В.Я., СалапинМ.Б. Применениемикро-ЭВМ дляконтроля иуправлениятехнологическимипроцессамипроизводствапшеничногохлеба.
Яров В.Н., МалькоЛ.И. Методическиеуказания кдипломномупроекту “Защитаот шума и вибраций”.

Списокиспользуемойлитературы

Алешина О.Н.Конспект лекцийпо курсу “Экономикапроизводстваи организацияпланирования.”
Афонина О.А.,Иванов С.П.Методическиеуказания повыполнениюраздела “Охранатруда” в дипломныхработах.
Ауэрман Л.Я.Технологияхлебопекарногопроизводства.
Бормотова В.А.Методическиеуказания повыполнениюорганизационно-экономическойчасти дипломныхпроектов.
Буриченко А.А.Охрана трудав гражданскойавиации.
Воронина А.А.,Шибенко Н.Ф.Безопасностьтруда в электроустановках.
ВулаковичМ.П., Ривкин С.Л.,АлександровА.А. Таблицытеплофизическихсвойств водыи водяногопара.
Гольдберг О.Д.Испытанияэлектрическихмашин.
Кавецкий Г.Д.,Васильев Б.В.Процессы иаппараты пищевойтехнологии.
Камладзе О.Г.Конспект лекцийпо курсу “АПР.”
КалинушкинМ.П. Вентиляторныеустановки.
Кораблев В.П.Электробезопасность.
Крылов В.А., ЯровВ.Н. Методическиеуказания кдипломномупроектированиюпо курсу “Охранатруда”.
Нащокин В.В.Техническаятермодинамикаи теплопередача.
Поляков Д.Б.,Круглов И.Ю.Программированиев среде ТурбоПаскаль.
Справочникпо элементарнойфизике. Подред. Д.И.Сахарова.
СвенчанскийА.Д. Электрическиепромышленныепечи
СудзиловскийН.Б. Конспектлекций по курсу“Теория следящихсистем.”
Теплотехника.Под ред. А.П.Баскакова
Теплоэнергетикаи теплотехника.Под ред. В.А.Григорьеваи В.М. Зорина
Черных В.Я., СалапинМ.Б. Применениемикро-ЭВМ дляконтроля иуправлениятехнологическимипроцессамипроизводствапшеничногохлеба.
Яров В.Н., МалькоЛ.И. Методическиеуказания кдипломномупроекту “Защитаот шума и вибраций”.

Технологическаячасть: автоматизацияпроцесса испытанийасинхронныхдвигателей

Присерийном имассовом производствеестественностремлениемаксимальноавтоматизироватьпроизводственныйпроцесс, которыйвключает в себяи этап испытанияэлектрическихмашин. Исследованияпоказали, чтотрудоемкостьконтрольныхопераций составляетдо 13% трудоемкостиизготовленияэлектродвигателей.Средние нормывремени напроведениеприемо-сдаточныходной электрическоймашины среднеймощности составляет3 ... 35 ч (для различныхтипов машин).На проведениеприемочныхиспытаний однойэлектричекоймашины требуется48 ... 250 ч. Средниенормы временина обработкурезультатаовприемо-сдаточныхиспытаний одноймашины составляют0,6 ... 4 ч, а на обработкуприемочныхиспытаний - 40... 90 ч. Естественно,что столь высокаятрудоемкостьпроведенияиспытаний иобработки ихрезультатовзаставляетискать путиавтоматизациииспытаний ииспользованияЭВМ.

Извсех видовэлектрическихмашин наибольшийобъем выпускаимеют асинхронныениковольтныедвигатели.Поэтому в первуюочередь былавтоматизированпроцесс испытанийасинхронныхдвигателей.

Автоматизированнаяустановка дляприемо-сдаточныхи периодическихиспытанийасинхронныхдвигателей

Навтором этапеоперации снятияпоказанийприборов замененыобработкойинформациина мини-ЭВМ.

Программаиспытаний

ДляасинхронныхдвигателейГОСТ 183-74 предписываетпрограммуприемочныхиспытаний,определяющую:

измерениясопротивленияизоляции обмотокпо отношениюк корпусу машиныи между обмоткамии сопротивленийобмоток припостоянномтоке в практическихолодном состоянии;
определениекоэффициентатрансформации(длядвигателя сфазным ротором);
испытанияизоляции обмотокна электрическуюпрочностьотносительнокорпуса машиныи между обмоткамии на электрическуюпрочностьмежвитковойизоляции обмотокстатора и фазногоротора;
определениетока и потерьхолостогохода;
определениетока и потерькороткогозамыкания;
испытаниямашины приповышеннойчастоте вращенияи на нагревание;
определениеКПД, коэффициентамощности искольжения;
испытание накратковременнуюперегрузкупо току;
определениемаксимальноговращающегомомента, минимальноговращающегомомента в процессепуска, начальногопусковоговращающегомомента и начальногопускового тока(для двигателейс короткозамкнутымротором);
измерениявибраций иуровня шума.

Определениекоэффициентатрансформации,тока и потерьхолостого ходаи короткогозамыкания

Определениекоэффициентатрансформации

k_T=U_ф1/U_ф2.

Определениепотерь холостогохода

Приопыте холостогохода измеряютлинейное напряжениеU₀_лмежду всемифазами, частотусети, линейныйток I₀_лстатора в каждойфазе и потребляемуюмощность.

Коэффициентмощности холостогохода вычисляетсякак:

cosj₀=P₀/(

U₀_лI_0л).

Результатыопыта холостогохода обычноизображаютграфически- путем построениязависимостипотерь P₀,фазного токаI₀ и коэффициентамощностиcosФ₀ в функциинапряжения.

Приприемо-сдаточныхиспытанияхизмеряют токи потери холостогохода лишь приноминальномзначении напряжения.

Определениетока и потерькороткогозамыкания.

Впроцессе опытаодновременноизмеряют подводимоенапряжение,ток статора(линейный токI_kкороткогозамыкания),потребляемуюмощностьP_k(kBт), начальныйпусковой момент(для электродвигателеймалой и среднеймощности), анепосредственнопосле опытаопределяютсопротивлениеr_1kобмотки статорамежду выводами,соответствующеетемпературев конце опыта.Начальныйпусковой моментM_п=M_к(Нм) измеряютпри опытединамометромили весами наконце рычага(которым заторможенротор, закрепляемымшпонкой насвободном концевала двигателя,или весамибалансирноймашины.

М_к=0.9*9550Р_км2/n_c,

Потери(кВт) в обмоткеротора приопыте короткогозамыкания:

P_км2=Р_к-Р_км1-Р_с,

гдеР_км1- потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания , кВт; Р_с- потерив стали, определяемыеиз опыта холостогохода, кВт.

Потерив обмотке статорапри опыте короткогозамыкания:

Р_км1=I_k²r_1k/1000.

U_k=U_H/3,8 ,

гдеU_H-нормальноенапряжениедвигателя.

U_H,В... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

U_K,В... 33 58 100 115 130 173 800 1600 2640

Второйотсчет - принапряжении(1-0,1) U_H.ТребуемоенапряжениеU_kподают начинаяс минимальногозначения. Воизбежаниечрезмерногонагрева обмоток токами короткогозамыканиярекомендуетсяотсчет по приборампри каждомзначении подведенногонапряженияпроизводитьза время неболее 10с, а послеотсчета двигательсразу отключать.

Поданным опытакороткогозамыканияопределяюткоэффициентмощности:

cosj_k= P_k/(

U_kI_k).

Коэффициентмощности можнонайти и по отношениюпоказаний двухваттметров(а1/а2), воспользовавшисьрис.7.1 Для этогона оси ординатоткладываютполученноезначениеотношенийдвух ваттметров(а1 и а2 - деленияшкалы ваттметров)с учетом знакаэтого отношенияпроводят дляэтого значениягоризонтальнуюпрямую до пересеченияс линией cosj(или sinj), сносят точкупересеченияна ось абсцисс,по шкале осиабсцисс определяютискомое значениеcosj (илиsinj).

Дляграфическогоизображениярезультатовопыта короткогозамыканияоткладываютв функции отнапряженияследующиевеличины: токкороткогозамыкания I_к,потери короткогозамыкания Р_к,коэффициентмощности cosj_ки вращающиймомент прикоротком замыканииМ_к. Если опыткороткогозамыканияпроведен припониженномнапряжении,то при определениитока и вращающегомомента, соответствующихноминальномунапряжению,вводят поправкуна насыщениепутей потоковрассеяния,строя зависимостьтока короткогозамыкания отнапряжения(рис. 7.2) . Возрастаниетока от напряженияпринимаютидущим покасательной;определяютточку пересечениякасательнойс осью абсциссU_к¹. Тогдаток короткогозамыкания приноминальномнапряженииIк.н, называемыйначальнымпусковым током, находят поформуле:

I_K.H=(U_H- U_K¹) I_K/(U_K- U_K¹)

М_КН = (I_КН/I_К)²ґМ_К,

гдеМ_к- вращающиймомент принаибольшемнапряженииопыта короткогозамыкания, Нм.

ОпределениеКПД, коэффициентамощности искольженияпо рабочейхарактеристике

Рабочаяхарактеристика, то есть зависимостьпотребляемоймощности ,тока,скольжения,КПД и коэффициентамощности отполезной мощности,снимается принеизменныхи номинальныхприложеннымнапряжениии частоте,изменяющейсянагрузке отхолостого ходадо 110 % номинальной(5-7 значений) , итемпературе,близкой кустановившейсяпри номинальнойнагрузке. Впроцессе опытаизмеряют линейныенапряженияU_н и токI, потребляемуюмощность Р₁и скольжениеs двигателя. По результатамизмеренийопределяюткоэффициентмощности.

Дляконтроля коэффициентмощности находятпо отношениюпоказаний двухваттметров.

Суммапотерь асинхронного двигателявычисляетсякак:

Р_S=Р_м1+Р_м2+Р_с+Р_мех+Р_Д,

гдеР_м1 ,Р_м2 ,Р_с,Р_мех ,Р_Д -потери собственнов обмоткахстатора, ротораи стали; механическиеи добавочныепотери.

Еслирабочую характеристикунет возможностиснять при номинальномнапряжении,тогда ее определяютпри напряжении0.5U_HrH. Полученныерезультатыиспытанийв этом случаеможно привестик номинальномунапряжениюпо следующимформулам:

s₁=s_r;P₁=P_1r(U_H/U_r)²;

I=I_r(U_H/U_r)+DI₀;

DI₀=I₀sinj₀- I_0r(U_H/U_r)sinj_0r,

гдеs_r,I_r,I_0r,j_0r- величинысоответственноскольжения,потребляемоймощности, тока, тока холостогохода и уголмежду векторамитока и напряжения,измеренныепри холостомходе и напряженииU_r;s₁,P₁,I, I₀,sinj₀- аналогичныевеличины приноминальномнапряжении.

Значениетока при номинальномнапряжении:

Определениемаксимальногои минимальноговращающих моментов

Определениемаксимальноговращающего момента

Определениекривой вращающегомомента припуске.

Способопределениямаксимальноговращающегомомента непосредственнымизмерениемвращающегомомента принагрузке.

Наиболеечасто в качествебалансирнойнагрузочноймашины используютгенераторпостоянноготока. Если генераторработает снеизменнымвозбуждениеми нагрузочнымсопротивлением,то зависимостьмомента отчастоты вращениябудет прямолинейной,исходящей изначала координат,с угловымкоэффициентом,пропорциональнымквадрату магнитногопотока Ф. Такойвид нагрузочнойхарактеристикипозволяетопределитьточку, в которойвращающиймомент испытуемогодвигателя имеетмаксимальнуювеличину. Однакочасто приходитсяснимать всюкривую М = f(s),включая еенеустойчивуючасть, для оценкипровалов кривоймоментов,вызванныхвлиянием синхронныхи асинхронныхмоментов отвысших гармоник.В этом случаевид нагрузочныхкривых долженбыть иным, чтобыобеспечитьустойчивыеточки пересеченияс кривой моментаиспытуемогодвигателя.Этого можнодобиться, например,изменяя возбуждениегенераторапри работе егона общую сетьпостоянноготока.

Вычислениемаксимальноговращающегомомента помощности навалу и частотевращения принагрузкеэлектродвигателя.

Испытуемыйасинхронныйдвигательмеханическисоединяют сгенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением.Изменениенагрузки двигателяпроизводятрегулированиенапряжениясети, на которуюработает нагрузочныйгенератор.Отсчеты производятпри установившихсяпоказанияхприборов.Предварительноснимают двехарактеристикимашины постоянноготока: холостогохода при постояннойчастоте вращенияв генераторномрежиме и зависимостьтока холостогохода от частотывращенияI₀ = f(n) припостоянномзначении токавозбуждения(это значениетока возбужденияостаетсянеизменнымпри определениимаксимальноговращающегомомента) вдвигательномрежиме безиспытуемогодвигателя.

Дляопределенияискомой кривойзависимостивращающихмоментов асинхронногодвигателя отчастоты вращенияпри испытанииизмеряют токякоря генераторапостоянноготока I_я и частотывращенияиспытываемогодвигателяn(об/мин).

Величинувращающегомомента (Нм)находят как:

М=9,55Е₀(I_я+I₀)/n,

гдеЕ₀-ЭДС холостогохода, .

Пополученнойкривой М=f(n)определяеммаксимальныйвращающиймомент.

Определениеминимальноговращающегомомента.

Достаточноточное определениевеличины минимальноговращающегомомента асинхронногодвигателя имеетважное значение, так как снижениеего ниже допустимогопо стандартуможет привестик “застреванию”электродвигателяна малой частотевращения припуске под нагрузкой.Такой режимработы близокк режиму короткогозамыканияи являетсяаварийным.

Минимальныйвращающиймомент определяютодним из следующихспособов:

из кривой вращающегомомента, снятойс помощьюрегистрирующегоприбора в процессепуска;
при непосредственнойнагрузке балансирноймашины илигенераторомпостоянноготока с независимымвозбуждением,работающимна сеть с регулируемымнапряжением(при нагрузкес помощью генераторапостоянноготока вращающиймомент определяютнепосредственноили с помощьютарированногогенератора)и при непосредственнойнагрузкетарированнойасинхронноймашиной, работающейв режиме противовключенияи включеннойв сеть с регулируемымнапряжением.

Первыедва способадополнительныхпояснений нетребуют. Третийспособ основанна том , чтовращающиймомент нагрузочнойасинхронноймашины работающейв режиме противовключения,остается практическипостояннымв диапазонескольженийот 1 до скольжения,соответствующегоминимальномувращающемумоменту, и зависяттолько от величинынапряжения,подводимогок нагрузочноймашине. Дляизбежанияпровалов вкривой М = f(n)нагрузочнойасинхронноймашины в режимеэлектромагнитноготормоза рекомендуетсяв этой машинеувеличитьвоздушный зазормежду статороми ротором путемдополнительнойобработкиротора по наружномудиаметру, вцепь фазногоротора следуетвключитьдополнительныеактивныесопротивления, а в цепь статора- дополнительноиндуктивноесопротивление.Испытанияпроводят следующимобразом:

Нагрузочнаяасинхроннаямашина работаетв режиме противовключения,то есть магнитноеполе ее вращаетсяв сторонупротивоположнуювращению ротора,что создаетсоответствующийтормозноймомент дляиспытуемогодвигателя.Тормозноймомент регулируютподводимымк нагрузочноймашине напряжениемпри помощиисточникарегулируемогонапряжения.Нагрузочнуюасинхронную машину следуетзаранее протарировать,то есть определитьзависимостьвращающегомомента на валуот подводимогок машине напряженияпри работе еев режиме электромагнитноготормоза. Приэтом необходимоубедиться вотсутствиизначительныхколебанийвеличины тормозногомомента нагрузочноймашины прификсированномнапряжениив диапазонескольженияот 1 до 2. Одну иту же протарированнуюнагрузочнуюасинхроннуюмашину вследствиепостоянствамомента призаданном напряженииможно использоватьпри испытанииасинхронныхдвигателейс разныминоминальнымичастотамивращения.

Определениесоответствияноминальныхпоказателейдвигателейтребованиямстандартов

Номинальнымипоказателямиасинхронныхдвигателей,значения которыхустановленыв стандартахили техническихусловиях, являются:КПД h,коэффициентмощности cosj₀, максимальныймомент М_м,а для двигателейс короткозамкнутымротором, крометого , начальныйпусковой моментМ_п и начальныйпусковой токI_п.

Методыконтроля номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний

Зонына параметрыприемо-сдаточныхиспытаний ( I₀,I_к ,Р₀и Р_к), рассчитанныепо номинальнымпоказателямэлектродвигателейс учетом допусковна эти показатели,позволяютосуществитьконтроль номинальныхпоказателейэлектродвигателейпо результатамприемо-сдаточныхиспытаний.

Сэтой целью порезультатамприемо-сдаточныхиспытаний необходимонанести в координатах I₀-I_k;P₀-P_k;I_k-P_kточки соответствующиеполученнымзначениямпараметровприемо-сдаточныхиспытаний.Попадание точеквнутрь всехдопустимыхзон свидетельствуето соответствииноминальныхпоказателейиспытанногодвигателятребованиямтехническихусловий с учетомдопусков поГОСТу. Еслихоть одна точкавыходит запределы любойиз зон, этосвидетельствуето том, что покрайней мерепо одномуноминальномупоказателюэлектродвигательне удовлетворяетпредписаннымтребованиям.

Автоматизированнаяиспытательно-диагностическая система дляконтроля закачествомэлектродвигателейс использованиемЭВМ

Длякаждого годногоасинхронногодвигателяоформляютпротокол испытанийс указаниемреквизитовдвигателя.

Присерийном имассовом производствеестественностремлениемаксимальноавтоматизироватьпроизводственныйпроцесс, которыйвключает в себяи этап испытанияэлектрическихмашин. Исследованияпоказали, чтотрудоемкостьконтрольныхопераций составляетдо 13% трудоемкостиизготовленияэлектродвигателей.Средние нормывремени напроведениеприемо-сдаточныходной электрическоймашины среднеймощности составляет3 ... 35 ч (для различныхтипов машин).На проведениеприемочныхиспытаний однойэлектричекоймашины требуется48 ... 250 ч. Средниенормы временина обработкурезультатаовприемо-сдаточныхиспытаний одноймашины составляют0,6 ... 4 ч, а на обработкуприемочныхиспытаний - 40... 90 ч. Естественно,что столь высокаятрудоемкостьпроведенияиспытаний иобработки ихрезультатовзаставляетискать путиавтоматизациииспытаний ииспользованияЭВМ.

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

Вформулахконвекционнойтеплопередачиприсутствуюткоэффициентытеплоотдачиa. Как былопоказано ранее,коэффициентытеплоотдачизависят отмногих факторов:от температурповерхностии омывающейее среды, скоростидвижения последней,ее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости,от конфогурациии состоянияповерхностии омывающейее среды. В связис невозможностьюматематическогоописания данныхкоэффициентов,для их нахожденияпользуютсяэкспериментальнымиданными, широкоиспользуятеорию подобия,позволяющуюв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты.Но используемыедля нахождениякоэффициентовтеплоотдачикритериальныеуравнениясодержат критерииподобия (Nu, Pe, Re, Pr,Gr), которые зависятот многих параметровповерхностейи омывающейих среды, некоторыеиз которыхзависят оттемпературысреды и от разностимежду ней итемпературомываемых еюповерхностей.Данные зависимостине описаныматематически.Конденсациявлаги на поверхноститестовых заготовокв процессе ихрасстойки ещебольше затрудняетточное нахождениекоэффициентатеплоотдачиих поверхности.

Всвязи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблягодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногермитичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Упрощеннаяматематическаямодель поодержаниятемпературыв расстойномшкафу

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :

с_в = 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иптносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2 м³;(Лен)

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2 = 2,22 кг;(Лен)

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн - длинаТЭНов;

d_тэн-диаметр ТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,006 = 0,0377 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,006 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,006 / 16,96ґ10^-6= 1769,

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 1769^0,6 =21,15 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффециенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 21,15 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,006 = 97 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 97 ґ0,0377 = 3,6568 Вт/гр

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2000 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе “РасчетпараметровСУ”

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,006)² / 4 = 0,4 кг,

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 2ґ10ґ0,45ґ0,66= 6 м²;

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re_f - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффециенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ6 = 148,8 Вт/гр

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеТ_теста- температуратестовых заготовок,скрость изменениякоторой, с учетомтого, что прирасстойке втестовых заготовкахвыделяетсяэнергия Q_{теста выд},составляет:

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=120шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:

m_теста= 120 ґ 0,46 = 55,2 кг,

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_теел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 2ґ2ґ10ґ0,45ґ0,66+ 2ґ4ґ4ґ0,02ґ1,8= 7 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тел/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффециенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ7 = 42 Вт/гр

Q_тел= 42 ґ (Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 50 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,4+0,7)+1,4ґ0,7)ґ2= 9,73 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина стенокрасстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ l_ст ,

где l -коэффециенттеплопроводностивоздуха;

l_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

l_ст = 1,85 м.

вторая составляющая:

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

Вформулахконвекционнойтеплопередачиприсутствуюткоэффициентытеплоотдачиa. Как былопоказано ранее,коэффициентытеплоотдачизависят отмногих факторов:от температурповерхностии омывающейее среды, скоростидвижения последней,ее теплопроводности,вязкости, плотностии теплоемкости,от конфогурациии состоянияповерхностии омывающейее среды. В связис невозможностьюматематическогоописания данныхкоэффициентов,для их нахожденияпользуютсяэкспериментальнымиданными, широкоиспользуятеорию подобия,позволяющуюв известнойстепени обобщитьполученныеопытные результаты.Но используемыедля нахождениякоэффициентовтеплоотдачикритериальныеуравнениясодержат критерииподобия (Nu, Pe, Re, Pr,Gr), которые зависятот многих параметровповерхностейи омывающейих среды, некоторыеиз которыхзависят оттемпературысреды и от разностимежду ней итемпературомываемых еюповерхностей.Данные зависимостине описаныматематически.Конденсациявлаги на поверхноститестовых заготовокв процессе ихрасстойки ещебольше затрудняетточное нахождениекоэффициентатеплоотдачиих поверхности.

Всвязи с этимнами были принятыследующиеупрощения идопущения:

Коэффициентытеплоотдачирасчитываютсяпо экспериментальнымкритериальнымуравнениям.Учитывая, чтотемпературавоздуха в расстойномшкафу в установившемсярежиме работыподдерживаетсясистемой управленияв установленныхпределахотносительнозаданной температуры(Т_зад), то параметрывоздуха длянахождениякритериевподобия берутсяпри неизменнойтемпературе,равной заданойтемпературе(Т_зад) в камерерасстойногошкафа.
Коэффициенттеплоемкостивлажного воздухарасчитываетсядля заданныхзначений еготемпературыи относительнойвлажности.
Энергия, вносимаяс паром, неучитывается.Это возможноблягодарядопущению ополном отсутствииконденсациив установившемсярежиме работырасстойногошкафа.
Камера расстойногошкафа считаетсяабсолютногермитичной.
Давление воздухав камере расстойногошкафа постоянное(p=const).
Рассматриваетсянагрев и охлаждениетермическитонких тел ( al¤ d).
Система поддержаниявлажности нерассматривается.

Упрощеннаяматематическаямодель поодержаниятемпературыв расстойномшкафу

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа:

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст,

гдеQ_возд- теплота затрачиваемаяна прогреввоздуха;

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

Q_теста- количествотеплоты, идущеена прогревтеста;

Q_тел- количествотеплоты, идущеена прогревтележек;

Q_ст - потеря теплачерез стенки.

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха, можетбыть описанакак:

Q_возд= c_воздґm_воздґ(dT_возд/ dt),

откуда:

гдеdT_возд/dt- скорость изменениятемпературывоздуха.

c_возд- теплоемкостьвоздуха:

c_возд= (с_в + c_пґd_в/1000),

гдес_в - теплоемкостьсухого воздуха,при температуре40°С :

с_в = 1005 Дж/(кгґгр);

с_п- теплоемкостьперегретогопара:

с_п= 2000 Дж/(кгґгр);

d_п - влагосодержаниевоздуха, притемпературе40°С иптносительнойвлажности 75%оно равно:

d_п = 36,9 г/кг;

Таким образом:

c_возд=(1005+2000ґ36,9/1000) =1079Дж/(кгґгр);

m_возд- масса воздухав расстойномшкафу;

m_возд= r_воздґ V_возд,

r_возд= 1,11 кг/м³;

V_возд - объемвоздуха в камерерасстойногошкафа:

V_возд = 2 м³;(Лен)

Таким образом:

m_возд = 1,11 ґ2 = 2,22 кг;(Лен)

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов описываетсяс помощью уравненияконвективнойтеплопередачи:

Q_тэн= К_тэнґ(Т_тэн- Т_возд),

гдеТ_тэн- температураТЭНов;

Т_возд- температурациркулирующеговоздуха.

К_тэн-коэффициент,расчитываемыйпо формуле:

К_тэн= a_тэнґ S_тэн,

гдеS_тэн- площадьповерхностиТЭНов:

S_тэн= l_тэнґp ґd_тэн ,

гдеl_тэн - длинаТЭНов;

d_тэн-диаметр ТЭНов,

Откуда:

S_тэн= 2 ґ pґ 0,006 = 0,0377 м²;

a_тэн-коэффициенттеплоотдачиТЭНов. Данныйкоэффициентрасчитываетсяпо критериальномууравнению:

Nu = 0,238ґ Re_f^0,6,

гдеRe_f - число Рейнольдса,вычисляемое:

Re_f= u ґd_тэн / n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 5 м/c

d_тэн-диаметр ТЭНов- их определяющийразмер:

d_тэн= 0,006 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re_f= 5 ґ 0,006 / 16,96ґ10^-6= 1769,

Следовательно:

Nu =0,238 ґ 1769^0,6 =21,15 ,

Откуда:

a_тэн= Nu ґ l/ d_тэн ,

гдеl -коэффециенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тэн= 21,15 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,006 = 97 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тэн = 97 ґ0,0377 = 3,6568 Вт/гр

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд).

Приэтом, излишкиэнергии ТЭНовидут на изменениеих температуры:

гдеdT/dt - скоростьизменениятемпературыТЭНов;

Р_тэн- мощность ТЭНов.

P_тэн= 2000 Вт

Обоснованиевыбора такоймощности ТЭНовприведено вразделе “РасчетпараметровСУ”

Q_тэн - тепловой потокс поверхностиТЭНов;

c_тэн - теплоемкостьматериалаТЭНов, для ТЭНовизготовленныхиз кантала А-1:

c_тэн = 470 Дж/(кгґгр);

m_тэн- масса ТЭНов:

m_тэн= r_тэнґ l_тэнґ pґ d_тэн²/ 4 ,

гдеl_тэн = 2 м- длинаТЭНов;

d_тэн= 0,006 м - диаметрТЭНов,

r_тэн= 7100 кг/м³;

Откуда:

m_тэн= 7100 ґ 2 ґp ґ(0,006)² / 4 = 0,4 кг,

Всвязи с тем,что в процессерасстойкинеобходимоподдерживатьзаданную температуру,ТЭНы включенытолько покатемпературавоздуха в камерерасстойногошкафа меньшезаданной. Кактолько температуравоздуха превышает заданный пределна величинудопустимогоотклонения,система управленияподает сигнална отключениеТЭНов. При этомР_тэн = 0. Припадении температурыза нижний предел система управленияподает сигнална включениеТЭНов. При этомР_тэн = Р_тэнзад , где Р_тэнзад - номинальнаямощность ТЭНов.

Q_теста= К_тестаґ(Т_возд - Т_теста),

гдеК_теста = a_тестаґ S_теста,

гдеS_теста- площадь поверхноститестовых заготовок:

S_теста= 2ґ10ґ0,45ґ0,66= 6 м²;

Nu = 0,216 ґ Re^0,8,

где Re_f - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тест/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тест-определяющийразмер тестовыхзаготовок:

l_тест= 0,25 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,25 / 16,96ґ10^-6= 5900,

Следовательно:

Nu =0,216 ґ 5900^0,8 =224,46 ,

Откуда:

a_теста= Nu ґ l/ l_тест ,

гдеl -коэффециенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_теста= 224,46 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,25 = 24,8 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_теста = 24,8 ґ6 = 148,8 Вт/гр

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста),

гдеc_теста - теплоемкостьтестовых заготовок:

c_теста= 3000 Дж/(кгґгр)

m_теста- масса тестовыхзаготовок:

m_теста= n_{тест заг}ґm_{тест заг} ,

гдеn_{тест заг}=120шт.- число тестовыхзаготовок;

m_{тестзаг} = 0,46 кг- массатестовой заготовки;

Откуда:

m_теста= 120 ґ 0,46 = 55,2 кг,

Q_тел= К_телґ(Т_возд - Т_тел),

гдеК_теел = a_телґ S_тел,

гдеS_тел- площадь поверхноститележек:

S_тел= 2ґ2ґ10ґ0,45ґ0,66+ 2ґ4ґ4ґ0,02ґ1,8= 7 м²;

a_тел- коэффициенттеплоотдачиповерхноститележек, расчитываетсяпо экспериментальнойкритериальнойформуле:

Nu = 0,064 ґ Re^0,8,

где Re - числоРейнольдса,вычисляемоепо формуле:

Re = uґ l_тел/ n,

гдеu- скоростьпотока воздуха:

u= 0,4 м/c

l_тел-определяющийразмер тележек:

l_тел= 0,66 м;

n - коэффициенткинематическойвязкости, длявоздуха притемпературе40°С :

n= 16,96 ґ 10^-6м²/с.

Такимобразом:

Re = 0,4ґ 0,66 / 16,96ґ10^-6= 15566,

Следовательно:

Nu =0,064 ґ 15566^0,8 =144,52 ,

Откуда:

a_тел= Nu ґ l/ l_тел ,

гдеl -коэффециенттеплопроводностивоздуха, притемпературе40°С:

l = 2,76ґ10^-2Вт/(мґгр),

Значит:

a_тел= 144,52 ґ 2,76ґ10^-2/ 0,66 = 6 Вт/(м²ґгр).

Таким образом:

К_тел = 6 ґ7 = 42 Вт/гр

Q_тел= 42 ґ (Т_возд- Т_тел),

гдеТ_тел -температуратележек, скростьизменениякоторой:

гдеc_тел - теплоемкостьтележек:

c_тел= 500 Дж/(кгґгр);

m_тел- масса тележек:

m_тел= 50 кг.

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа рассчитываютсяпо уравнениютеплопередачи:

Q_ст= К_стґ(Т_возд - Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

К_ст= k_cтґ S_ст,

где S_ст - площадьстенок камерырасстойногошкафа:

S_ст = (1,85ґ(1,4+0,7)+1,4ґ0,7)ґ2= 9,73 м²;

k_ст - коэффициенттеплопередачичерез стенки:

где d_ст- толщина сталистенок расстойногошкафа:

d_ст = 0,001м;

d_утепл- толщина утеплителя:

d_утепл= 0,03 м;

l_ст -коэффициенттеплопроводностистальных стенокрасстойногошкафа:

l_ст = 45Вт/(мґгр);

l_утепл- коэффициенттеплопроводностиутеплителя:

l_утепл= 0,1 Вт/(мґгр);

a₁ - общийкоэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа;

a₂ - общийкоэффициенттеплоотдачиот наружнойповерхностистенок расстойногошкафа.

a_общ =a_кон +a_изл ,

где перваясоставляющая:

a_кон= Nu ґ l/ h_ст ,

где l -коэффециенттеплопроводностивоздуха;

h_ст - определяющийразмер стеноккамеры расстойногошкафа - их высота:

h_ст = 1,85 м;

Nu - коэффициентподобия Нуссельта:

Для омываниягазами вертикальныхповерхностей:

Nu = 0,15ґ(Gr_воздґPr_возд)^1/3,

где Pr - числоПрандтляхарактеризуетсобой свойствасреды;

Gr = bґgґh_ст³ґDt/n²- число Грасгофа,

где g - ускорениесвободногопадения;

Dt - температурныйперепад междусредой и омываемойею поверхностью;

b - функция,связывающаяизменениеплотномти средыс температурой.Для газов можнопринять:

b = 1/T;

n- коэффициенткинематическойвязкости среды.

вторая составляющаяобщего коэффициентатеплоотдачи:

где e_ст- степень чернотыстенок:

e_ст = 0,9;

Т_ст - температурастенок, °С;

d_ст -постояннаяСтефана-Больцмана:

d_ст = 5,67Вт/(м₂ґК⁴).

a₁ = a₂= 10 Вт/(м²ґгр);

Тогдакоэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа составит:

откуда

Q_ст = 2 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 390 Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнейповерхности

Во второмприближении:

Длявнутреннейповерхностистенок:

Pr₁= 0,699 (при T = 40 °С)

Учитывая,что при T = 40°С

n_возд= 16,96ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₁=0,15ґ(Gr₁ґPr₁)^1/3=0,15ґ(2,7596ґ10⁹ґ0,699)^1/3=186,724

Откуда,читывая, чтопри T = 40°С

l_возд= 2,756ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон1= Nu₁ґl_возд/h_ст=186,724ґ2,76ґ10^-2/1,85= 2,79 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Седовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,79 + 6,14 = 8,93 Вт/(м²ґгр).

Аналогично,для внешнейповерхностистенок расстойногошкафа:

Pr₁= 0,703 (при T = 20 °С)

Учитывая,что при T = 20°С

n_возд= 15,06ґ10^-6м²/c ,

получим:

Тогда:

Nu₂=0,15ґ(Gr₂ґPr₂)^1/3=0,15ґ(3,7388ґ10⁹ґ0,703)^1/3=207

Откуда,читывая, чтопри T = 20°С

l_возд= 2,59ґ10^-2Вт/(мґгр),

получим

a_кон2= Nu₂ґl_возд/h_ст=207ґ2,59ґ10^-2/1,85= 2,898 Вт/(м²ґгр)

Значениекоэффициентатеплоотдачиизлучением:

Седовательно,общий коэффициенттеплоотдачик внутреннейповерхностистенок расстойногошкафа составляет

a₁= a_кон1+ a_изл1= 2,898 + 5,24 = 8,14 Вт/(м²ґгр).

Коэффициенттеплопередачичерез стенкирасстойногошкафа во второмприближениисоставит:

откудапотери теплотычерез стенкирасстойногошкафа:

Q_ст = 1,87 ґ( 40 - 20 ) ґ 9,73 = 363,8Вт.

Приэтих данныхтемпературана внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа составит

аналогично,на наружнейповерхности

Степеньрасхождениямежду первыми вторым приближениямидля каждой изэтих температур:

d_т’= 100 ґ ( 36 - 35,8 )/ 36 =0,6%;

d_т’= 100 ґ ( 24,6 - 24 )/ 24 =2,5%.

Этодопустимо. Вэтой связирезультатывторого приближенияпринимаем заокончательные.

Дляних выполнимпроверку наанличие илиотсутствиеконденсациипара из парогазовойсреды на внутреннейповерхностистенок камерырасстойногошкафа.

Воизбежаниинежелательнойконденсациипара необхадимо,чтобы температурана внутреннейповерхностистенок Т’_cтпревышалатемпературуточки росы Т_р:

Т’_cт>Т_р.

Дляоптимальных(расчетныхпараметров)расстойки -температурыпарогазовойсреды 40 °Си относительнойвлажности 75%,согласно даннымтаблиц, температураточки росы

Т_р = 34,5 °С.

Окончательнаяформула потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа, с учетомтого что

К_ст= k_cтґ S_ст= 1,87 ґ 9,73 = 18,2 Вт/гр,

запишетсякак

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос),

гдеТ_ос- температураокружающейсреды.

Таким образом,для моделированияработы системыуправлениярасстойнымшкафом необходиморешить системудифференциальныхуравнений:

DT= T_зад - T_возд;

;

Q_тэн= 3,6568 ґ (Т_тэн- Т_возд);

dT_тэн/dt= (2000 - Q_тэн)/(470 ґ0,4);

Q_теста= 148,8 ґ (Т_возд- Т_теста);

dT_теста/dt= (Q_теста + 100)/( 3000 ґ120);

Q_тел= 42 ґ (Т_возд- Т_тел);

dT_тел/dt= Q_тел / (500 ґ50);

Q_ст= 18,2 ґ (Т_возд- Т_ос);

Q_возд= Q_тэн - Q_теста- Q_тел - Q_ст;

dT_возд/dt= Q_возд /(1079ґ2,22).

Введение

Обменныепроцессы,происходящиена поверхноститестовой заготовкимогут бытьохарактеризованыкривой dT/dt, видкоторой приведенна рис. Криваяимеет три ярковыраженныхэкстремума,каждый из которыххарактеризуеткачественныеизменения,происходящиев тестовойзаготовке впериод окончательнойрасстойки.

Припоступлениитестовой заготовкив расстойныйшкаф, когдатемпературазаготовкименьше температурыточки росыпаровоздушнойсреды, происходитдостатаочносильная конденсациявлаги на поверхноститестовой заготовки.Конденсациявлаги приводитк ускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки(участок а-б).Достижениеэкстремумамаксимума вточке “б”соответствуетнагреву поверхноститестовой заготовкидо температурыточки росыокружающейсреды. Конденсациявлаги предотвращаетзаветриваниеповерхностии образованиетрещин приувеличениитестовой заготовкив объеме. Болеетого, насыщениевлагой поверхностногослоя тестовойзаготовкиобеспечиваетзакупоркукапилляров,что блокируетвыделениедиоксида углеводаиз тестовойзаготовки иповышаетгазоудерживающуюспособностьтеста.

Замедлениепрогрева тестовойзаготовки научастке “б-в”связан с уносомтепла в процессеиспарения влагис поверхности.Процесс испаренияизбыточнойвлаги с поверхноститестовойзаготовкисовпадает спроцессоминтенсивногоразрыхлениятестовой заготовкиобразующимсядиоксидомуглерода. Точка“в” - экстремумминимум отражаетмомент стабилизацииструктурытеста, определяемойвнутреннимдавлением СО₂,реологическимисвойствами,соотношениемсвободной исвязаннойвлаги. Точка“в” - экстемумминимум скоростиизмененияповерхностногослоя тестовойзаготовкиявляется моментомготовноститестовой заготовкик выпечке, таккак дальнейшеепродолжениерасстойкиприводит куплотнениюповерхностногослоя за счетувеличенияпластическойсоставляющейобщей деформациитеста и процессафлуктуациигазовыделения,за счет снижениягазоудерживающейспособноститеста. Процессуплотненияповерхностногослоя тестовойзаготовкиприводит кускоренномуповышениютемпературытестовой заготовки,т.е. кривая скоростиизменениятемпературыповерхностногослоя начинаетрасти. Росткривой продлжаетсядо точки “г”,после прохождениякоторой начинаетсяпроцесс интенсивногогазовыделения,связанногос резким снижениемгазоудерживающейспособноститеста, вызваннойпептизациейбелков и увеличениемжидкой фазы.После чеготестовая заготовканачиниет оседать.В этот периодтакже наблюдаетсяснижение прогреватестовой заготовки( участок “г-д”см. рис.). Выпечкахлеба в периодвремени, соответствующийучастку “в-г”, приводит кполучению хлебахудшего качества,чем в моментвремени соответствующийточке “в” - экстремумминимум, а научастке “г-д”- приводит кполучениюбрака.

Охранатруда и окружающейсреды

В нашей страневопросам охранытруда и техникибезопасностиуделяетсяособое внимание.ПравительствомРоссии поставленазадача дальнейшегоповсеместногоулучшенияусловий трудаза счет автоматизациии механизациипроизводственныхпроцессов, атакже примененияна предприятияхсовременныхсредств техникибезопасности.

месильнаямашина длязамеса опарыс объемнымдозатором мукии дозировочнойстанцией дляжидких компонентов;
агрегат дляброжения опары;
месильнаямашина длязамеса теста;
тестоделительнаямашина;
округлитель;
закаточнаямашина;
расстойныйшкаф;
хлебопечь.

Цель настоящегодипломногопроекта заключаетсяв обеспеченииулучшениякачества выпекаемыхизделий, уменьшениипроцента бракаи снижениитрудоемкостии сложностиоперации расстойкитестовых заготовок.

На основе анализатехнологическихпроцессовданного производстваможно выделитьвредности иопасностиприсущие ему.Таковыми являются:

опасное в работетехнологическоеоборудование;
электроприборыи электропроводка;
плохие метерологическиеусловия нарабочих местах(температура,влажность ит.п.);
шум и вибрации;
недостаточнаяосвещенностьна рабочихместах.

Все эти опасностии вредностиприсутствуютпри работе срасстойнымшкафом, длякоторогопроектируетсясистема управления.

Исходя из этого,следует уделитьбольшое вниманиеобеспечениюбезопасностиработы технологическогооборудования,электробезопасности,нормативныхметеорологическихусловий нарабочих местах,а также защитныммероприятиямот шума и вибраций,обеспечениюнеобходимойосвещенностина рабочихместах.

Безопасностьработы технологическогооборудования

Общие требованиябезопасностик конструкциипроизводственногооборудованияустановленыв ГОСТ 12.2.003-74 “ССБТ.Оборудованиепроизводственное.Общие требованиябезопасности”.

Конструкциярасстойногошкафа обеспечиваетзащищенностьперсоналапекарни отвзаимодействияс агрегатами,опасными длячеловека:

нагревательныеэлементы (ТЭНы);
парогенератор;
циркуляционныйвентилятор;
насос;
блоки системыуправления.

Все эти агрегатысобраны подзащитным кожухомв верхней частирасстойногошкафа.

Проектируемаясистема управленияпредотвращаетперегрев ТЭНоввыше критическойтемпературыи повышениеили понижениеуровня водыв камере парогенератораза критическиеотметки.

Все сигналыо неисправностяхрасстойногошкафа подаютсяна его пультуправленияи дублируютсязвуковым сигналомс одновременнымотключениемоборудования.То же происходитпри отключенииводы. Все этоисключаетэксплуатациюрасстойногошкафа в неисправном,опасном дляперсоналахлебопекарни,состоянии.

Электробезопасность

На основе Правилустройстваэлектроустановок(ПУЭ-92) помещениецеха, где производитсявыпечка хлебапо степениопасностипораженияэлектротокомотносят к помещениямособо опасным,так как температурав цехе t>30°С,влажностьвоздуха j>75%,присутствуетбольшое количествоэлектроустановокс напряжениемдо 1000 В, без выделениятокопроводящейпыли, но с токопроводящимиполами. Поэтомунеобходимопринять особыемеры электробезопасности,исходя из требованийГОСТ 12.2.007.0-75 “ССБТ.Изделия электротехнические.Общие требованиябезопасности”;ГОСТ 12.1.030-81 “ССБТ.Электробезопасность.Защитное заземлениеи зануление”вся электропроводкапроведена взащищенныхот человекаместах и R_зЈ4Ом. СогласноГОСТ 12.3.019-80 “ ССБТ.Испытания иизмеренияэлектрические.Общие требованиябезопасности”необходимовыполнятьзамеры на исправностьзаземленияи зануленияэлектроустановок.Измеренияпроводить нереже одногораза в полгода.

При работерасстойногошкафа необходимоучитыватьнакоплениестатическогоэлектричества.Согласно ГОСТ12.4.124-83 “ССБТ. Средствазащиты отстатическогоэлектричества.Общие техническиетребования”необходимопредусмотретьзащитное заземление(R_зЈ4Ом). Электропитаниесиловых устройствцеха имеетнапряжение380 В от трансформатора с глухозаземленнойнейтралью.Электрооборудованиеи оборудованиевыполнены так,чтобы их токоведущиечасти были недоступны дляслучайногосоприкосновенияи изолированы.Это достигаетсязащитнымиограждениями,блокировкойаппаратов,защитнымизаземлениями.При снятиикожухов предусмотренаэлектрическаяблокировка.Изоляция обеспечиваетбезопасностьблагодарябольшомусопротивлениюR_из>0,5Ом.

Разработка и внедрение автоматизированных систем управления технологического оборудования минипекарень

Введение

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления.

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Конструкциярасстойногошкафа

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Модельподдержаниязаданной температуры

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Введение

Введение

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления.

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Конструкциярасстойногошкафа

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Конструкциярасстойногошкафа

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок.Требованияк системе управления

Стадиипроизводствахлебобулочныхизделий

Описаниепроцесса расстойкитестовых заготовок

Конструкциярасстойногошкафа

Требованияк системе управлениярасстойнымшкафом

Разработкаполной математическоймодели процессовв расстойномшкафу

Сведенияиз теориитермодинамикии теплопередачи

Модельподдержаниязаданной температуры

Модельподдержаниязаданной влажностивоздуха

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

Системадифференциальныхуравнений

Расчет и идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

Системадифференциальныхуравнений

Расчет и идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

Разработкаи идентификацияупрощеннойматематическоймодели процессовв расстойномшкафу

Принятыеупрощения идопущения

Уравнениетепловогобаланса расстойногошкафа

Теплота,затрачиваемаяна прогреввоздуха

Тепловойпоток с поверхностиТЭНов

Тепловойпоток, получаемыйтестовымизаготовками

Тепловойпоток, получаемыйтележками

Потеритеплоты черезстенки расстойногошкафа

Системадифференциальныхуравнений

Расчети идентификацияпроцессовпротекающихв расстойномшкафу

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Расчет циркуляционноговентилятора

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

Выборэлементов иконструкциисистемы управлениярасстойнымшкафом

Составсистемы управления

Принципработы системыуправлениярасстойнымшкафом

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим

Выбормощности ТЭНов

Выбордопуска наотклонениетемпературы

Расчет циркуляционноговентилятора

РасчетпараметровСУ, обеспечивающихзаданный режим