Введение к работе
з Актуальность темы.
В настоящее время значительную проблему для флота представляют собой :омные подводные лодки 1-го и 2-го поколений, выведенные из боевого состава МФ и находящихся в режиме продолжительного отстоя. Их общее техническое >стояние критическое: изношены механизмы и общесудовые системы, цистерны ^герметичны. За последние годы дважды имели место случаи затопления спи-шньгх подводных лодок. Возможности отечественной судостроительной и судо-;монтной промышленности по интенсивности утилизации атомных подводных >док (АПЛ) оказались ограниченными. В результате подавляющее большинство -их лодок оказались в положении вынужденного длительного хранения на плаву ожидании своей утилизации, сроки которой растягивались на 10 и более лет. [ежду тем, случайное, несанкционированное затопление любой из выведенных ПЛ с ядерным топливом на борту способно привести к состоянию экологиче-:ой катастрофы целый регион. Поэтому проблема безопасного длительного со-:ржания на плаву столь большого количества АПЛ приобрела общегосударст-;нный характер.
В связи с изложенным весьма актуальным является вопрос об обеспечении удержания на плаву и подъема АПЛ с малых и средних глубин. Традиционные юсобы не дают приемлемого технического решения, в то время как применение цененного полистирола является перспективным, так как плотность вспененно-| полистирола позволяет получать большие значения подъемных сил, и его ис-)ЛЬзование не требует герметичности заполняемого объёма.
Существующая задача обеспечения быстрого и равномерного заполнения секов вспененным полистиролом может быть решена с помощью автоматиза-ш технологических процессов складирования, отбора бисера полистирола, іанспортирования и вспенивания полистирола, с последующей подачей гидро-шистирольной смеси на глубину и заполнением вспененным полистиролом объ-гов АПЛ.
Впервые вспененный полистирол был использован в 1964 году при подъе: датского судна "Эль-Кувейт". В России неоднократно, начиная с 1971 года, всг ненный полистирол применялся как при судоспасательных работах (танкер «Во гонефть», теплоход «Моздок»), так и при поддержании судов, выведенных из эв плуатации и находящихся в аварийном состоянии на плаву. Разработкой компле сов технических средств для применения вспененного полистирола для аваряйн спасательных и судоподъемных работ, а также исследования возможности пр менения вспененного полистирола в судоремонте занимались 40-е ГОСНИИ, Рс товское ЦПКБ, МГНПЭП «Экопол», АО «Пластполимер», ГУП «СПМБМ «Мал хит».
Практика показала, что обеспечение высокой надежности и получение ра номерного заполнения вспененным полистиролом требует выполнения большо числа ограничений на параметры процесса (температуры, расходы, давления, и тервалы времени выдержки и т.п.). Эти требования приводят к необходимости п стоянного или периодического регулирования и подстройки этих параметров в з висимости от характеристик бисера полистирола, изменения длины трубопров' дов, концентрации вспененного полистирола в гидросмеси и т.п.
Управление описанными процессами в настоящее время является децентр лизованным и неполным, по некоторым параметрам оно является автомагич ским, по другим осуществляется вручную. Некоторые из параметров не регулі руются вообще, хотя естественной их стабилизации недостаточно. Такое полож ние обусловлено тем, что при разработке комплекса оборудования все виймані уделялось технологии, а задачи управления ставились и решались наиболее прі стыми и доступными средствами поодиночке, по мере того, как они проявлял» на практике.
К настоящему времени назрела необходимость автоматизации на базе во можно более полного и адекватного описания технологических процессов вот нивания полистирола, образования гидрополистиролыюй смеси, ее транспортирі вания и заполнения выделенных объемов. Поэтому тема данной диссертационно работы, посвященной созданию математических моделей для различных этапе
роцесса и реализующего эти этапы оборудования, формулированию и формали-зции требований к допустимым изменениям и точности стабилизации парамет-ов процесса, обоснованию рекомендаций по построению и оптимизации ком-лексной системы автоматического управления, представляется актуальной.
Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка требова-ий к составу системы управления и параметрам системы автоматического улрав-ения комплексами оборудования технологических процессов вспенивания, вы-ержки полистирола, образования и транспортирования гидрополистирольной меси и контроля ее параметров. Для этого поставлены следующие задачи:
Систематизировать и обобщить сведения о рассматриваемых техноло-ических процессах и существующего в различных комплексах технологического борудования;
построить структурные схемы блоков систем автоматического управ-ения рассматриваемыми технологическими процессами и определить требования составным частям и основным элементам, сформулировать требования к эле-іентам регуляторов;
проанализировать физику процесса формирования и транспортирова-ия гидрополистирольной смеси и установить ограничения на технологические араметры транспортирования;
разработать математическую модель процесса образования гидропо-истирольной смеси, подлежащего полной автоматизации;
разработать конкретные предложения по реализации комплексной ав-
оматизации рассматриваемых процессов.
Основные положения выносимые па защиту. На защиту выносятся следующие основные положения:
- Полная автоматизация процессов вспенивания полистирола, образования
идрополистирольной смеси и ее транспортирования необходима для обеспечения іьістрого заполнения свободного объема и равномерного распределения вспенен-гого полистирола по объему;
- анализ требований к качеству выполнения рассматриваемых технологи-
:еских операций, систем допусков на основные параметры, а также особенности
6 технологического процесса позволяют определить структуру системы управле
пия модулями и определить элементы автоматизации;
ряд ограничений устанавливается из результатов анализа физики рас сматриваемых процессов, однако, в большинстве случаев требуется подробно исследование свойств агрегатов и использование их характеристик;
построенная математическая модель блока формирования и транспорта рования гидрополистиролыюй смеси позволяет осуществлять обоснованный по;: бор элементов системы формирования и транспортирования гидрополистирол! ной смеси и оптимизировать режимы работы комплекса.
Методы исследования При исследовании средств автоматизации и разра ботке методик расчета использованы методы высшей математики, гидравлики і аэродинамики, а также теории грунтов. При решении задач использованы методі программирования, при представлении результатов - методы компьютерной гра фики.
Научная новизна работы Впервые проведен анализ физики процесса фор мирования и транспортирования гидрополистирольной смеси к объекту, разрабо тана математическая модель определения параметров системы гидротранспорта рования вспененного полистирола и возникновения аварийных ситуаций в систе ме, осуществлена оптимизация параметров струйного аппарата для случая транс портирования легких сред, разработана программа, позволяющая производиті расчет параметров системы гидротранспортирования вспененного полистирола v проводить сравнительный анализ систем различной конфигурации.
Практическая ценность Полученные результаты теоретических исследований реализованы в методике, готовой к практическому использованию. Основные результаты работы использованы при разработке конструкторской документации и расчетов по теме «Метель» (комплект документации ЛТПИ.0666.46.001.ДЗ).
Апробация работы. Основные научные положения и результаты докладывались и получили одобрение на научно- технической конференции в Санкт-Петербургском государственном техническом университете (СПБГТУ), конфе-
;нции в Военно-Морском Инженерном институте (ВМИИ), конференции в ульском государственном Университрете (ТГУ), заседаниях и семинарах кафедрі «Автоматы» СПбГТУ. Разработанная автором диссертации методика расчета гістемьі формирования и транспортирования гидрополистиролыюй смеси была гмечена на конкурсе СПМБМ «Малахит» «Мемориал В.И. Баранцева» в 1999 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в кото-ых отражены все основные результаты.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех пав, заключения и списка литературы из 83 наименований. Объем диссертации оставляет 121 страницу машинописного текста, в том числе 32 рисунка и б таб-иц.