Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние автоматического регулирования и контроля циклонно-вихревых аппаратов 13
1.1. Анализ особенностей циклонного процесса 13
1.2. Характеристика современных способов автоматического регулирования и контроля циклонно-вихревых аппаратов .19
1.3. Оценка возможности применения аэроакустических параметров для регулирования циклонно-вихревых аппаратов 26
1.4. Постановка цели и задач исследования 37
1.5. Краткие выводы по главе 45
Глава 2. Идентификация аэроакустических свойств циклонно-вихревого аппарата для решения задачи регулирования 46
2.1. Выбор аэроакустических параметров как показателей аэродинамического совершенства циклонно-вихревого аппарата. 46
2.2. Характеристика циклонно-вихревого аппарата как объекта автоматического регулирования 50
2.3. Математическое описание статического режима циклонно-вихревого аппарата 53
2.3.1. Математическое описание аэродинамики циклонно-вихревого аппарата 54
2.3.2. Математическое описание процесса тепловой обработки и гидротермического обесфторивания фосфоритов в циклонно-вихревом аппарате 56
2.3.3. Программная реализация математической модели циклонно-вихревого аппарата 59
2.4. Цифровое моделирование циклонно-вихревого аппара
та по аэроакустическому каналу 61
2.4.1. Исследование влияния ненаблюдаемых входов на аэро -акустические и режимные характеристики циклонно-вихревого аппарата 62
2.4.2. Исследование влияния наблюдаемых входов на аэроакустические и режимные характеристики циклонно-вихревого аппарата 64
2.5. Физическое моделирование циклонно-вихревого аппарата 78
2.5.1. Описание экспериментальной установки и методики измерений ' 79
2.5.2. Влияние режимных и конструктивных паршяетров на аэроакустические характеристики циклонно-вихревого аппарата. 83
2.6. Краткие выводы по главе 89
Глава 3. Разработка технических средств для автоматического регулирования циклонно-вихревого аппарата с использованием аэроакустических паршяетров 91
3.1. Анализ условий проведения акустических измерений. 91
3.2. Разработка рациональной конструкции измерительного преобразователя акустических колебаний циклонно-вихревого аппарата 94
3.3. Экспериментальное определение акустических характеристик циклонно-вихревого аппарата 104
3.3.1. Акустические характеристики промышленного циклонно-вихревого аппарата 104
3.3.2. Характеристики полезного акустического сигнала и помехи 114
3.4. Разработка устройства для преобразования акус тического сигнала циклонно-вихревого аппарата и выделения диагностического признака 124
3.5. Краткие выводы по главе 132
Глава 4. Разработка и внедрение автоматической системы регулирования циклонно-вихревого аппарата с использованием аэроакустических параметров 135
4.1. Определение оптимальных параметров стационарного аэродинамического режима циклонно-вихревого аппарата. 135
4.2. Экспериментальное определение статических и динамических характеристик циклонно-вихревого аппарата. 140
4.3. Анализ альтернативных регулирующих воздействий на аэродинамический режим циклонно-вихревого аппарата . 145
4.4. Моделирование динамических характеристик АСР на аналоговой вычислительной машине 149
4.5. Результаты опытно-промышленных испытаний АСР 152
4.6. Рекомендации по проектированию АСР 154
4.7. Краткие выводы по главе 161
Выводы по работе 164
Литература
- Характеристика современных способов автоматического регулирования и контроля циклонно-вихревых аппаратов
- Характеристика циклонно-вихревого аппарата как объекта автоматического регулирования
- Экспериментальное определение акустических характеристик циклонно-вихревого аппарата
- Анализ альтернативных регулирующих воздействий на аэродинамический режим циклонно-вихревого аппарата
Введение к работе
Важнейшими задачами научно-технического прогресса в химической промышленности,указанными в решениях ХХУІ съезда КПСС, Майского (1982 г.) и Апрельского (1984 г.) Пленумов ЦК КПСС, являются всемерная экономия сырьевых и топливных ресурсов, интенсификация существующих технологических процессов, создание эффективных АСУ и АСР с широким использованием ЭВМ.
Одни из наиболее энергоемких массо- и теплообменных процессов осуществляются в циклонно-вихревых аппаратах (ЦВА), которые нашли широкое применение в химической и металлургической промышленности, промышленной энергетике в качестве плавителей, предто-пок, сепараторов и вихревых сушилок [ 2-9].
Существенный вклад в решение Продовольственной программы [і] вносит внедренный впервые в мировой практике на Джамбулском суперфосфатном заводе новый технологический процесс бескислотной гидротермической переработки природных фосфоритов в обесфторен-ные кормовые фосфаты в циклонно-вихревых аппаратах. Циклонно-вихревые аппараты для переработки фосфоритов благодаря активной аэродинамической обстановке (применению закрученного движения газового потока) создают благоприятные условия для тепло- и мас-сообмена между вращающимися газовым потоком и перерабатываемым сырьем как в объеме аппарата, так и в пленке расплава, обеспечивая стабильную и эффективную работу оборудования [ 10 - 1б] .
Дальнейшее повышение эффективности ЦВА основано на применении надежных автоматических систем регулирования. К задачам автоматического регулирования ЦВА прежде всего относятся задачи стабилизации расходов технологических потоков сырья, топлива и окислителя, регулирования аэродинамического и теплового режима [17 - 19].
Качество регулирования ЦВА существенно зависит от наличия
систематической информации об основных показателях процесса (параметрах аэродинамического и температурного режима) и характеризуется недостаточной информативностью традиционно используемых косвенных параметров (перепада температур охлаждающей пережим воды, аэродинамического сопротивления циклонного аппарата )[20, 21].
В результате несовершенства традиционных АСР, как свидетельствует опыт промышленной эксплуатации ДВА, возникают нарушения аэродинамической структуры газового потока при образовании наростов непроплавленного материала на стенках аппарата, унос готового продукта уходящими газами и ухудшение показателей качества технологического процесса; создаются аварийные ситуации -проплавление гарнисажной футеровки с пережогом труб системы охлаждения [ 22].
Поэтому в решении Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика циклонных технологических процессов в металлургии и других отраслях промышленности" указывалось на необходимость разработки и исследования методов и надежных технических средств измерения параметров циклонных процессов для создания эффективных систем регулирования. Руководством Джамбулско-го суперфосфатного завода поставлена задача разработки и внедрения эффективной автоматической системы регулирования аэродинамического режима циклонного аппарата для производства кормовых обесфторенных фосфатов [ 23].
В связи с этим разработка и внедрение эффективной АСР цик-лонно-вихревого аппарата с использованием аэроакустических параметров, обеспечивающей экономию топливно-сырьевых ресурсов, является новой, актуальной научной задачей и имеет важное народно-хозяйственное значение.
Целью данной работы является разработка принципов функцио-
нирования и создание технических средств эффективной АСР циклон-но-вихревого аппарата с использованием аэроакустических параметров, обеспечивающей снижение потерь готового продукта, улучшение его качества, а также повышение производительности и надежности аппарата; практическое применение указанных принципов и технических средств для автоматического регулирования ЦВА по производству кормовых фосфатов на Дкамбулском суперфосфатном заводе. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
проанализировано современное состояние автоматического регулирования- и контроля ЦВА, предложен возможный метод контроля аэродинамических параметров с использованием акустических свойств закрученного потока;
проведена идентификация аэроакустических свойств ЦВА на математической и физической моделях;
разработаны технические средства для реализации эффективной АСР циклонно-вихревого аппарата с использованием аэроакустических параметров;
разработана и внедрена АСР циклонно-вихревого аппарата с использованием аэроакустических параметров.
Работа выполнена в области автоматизации циклонно-вихревых аппаратов.
В ней автором поставлена и решена задача получения объективной систематической информации об аэродинамических характеристиках высокотемпературного запыленного газового потока по параметрам его акустического излучения, разработана и внедрена АСР циклонно-вихревого аппарата с использованием одного из информационных свойств закрученного потока - его вихревого звучания.
В диссертации использован экспериментально-теоретический метод исследования ЦВА с применением математического моделиро-
вания на ЭЦВМ и АБМ и экспериментального изучения свойств циклон-но-вихревого аппарата на физической модели и промышленной установке .
Автор защищает следующие научные положения и результаты:
впервые предложено идентифицировать аэродинамический режим циклонно-вихревого аппарата по косвенным аэроакустическим параметрам, что позволяет разработать ряд способов автоматического регулирования;
разработана математическая модель статического режима ЦВА, учитывающая совокупность всех физико-химических явлений циклонного процесса, которая позволяет определить диагностический признак в акустическом сигнале ЦВА, реагирующий только на изменение аэродинамической обстановки; выбрать каналы регулирования
с применением аэроакустических параметров и различных регулирующих воздействий (общего расхода топливо-воздушной смеси, соотношения "воздух-кислород", расхода сырья и топливо-кислородной смеси) с учетом обеспечения эффективной работы ЦВА;
разработаны оригинальные средства для измерения аэроакустических параметров ЦВА в условиях запыленной, высокотемпературной и агрессивной среды, позволяющие реализовать АСР;
разработана техническая реализация эффективной АСР с использованием аэроакустических параметров и регулированием по расходу топливо-кислородной смеси, обеспечивающая снижение потерь готового продукта, улучшение его качества, а также повышение производительности и надежности аппарата.
Работа выполнена на кафедре автоматизации теплоэнергетических процессов Одесского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института по договору с НПО "Техэнергохимпром" (г. Москва): "Исследование и внедрение систем управления агрегатов производств минеральных удобрений с использованием нестан-
- II -
дартных измерительных преобразователей". Указанное направление работ входило в координационный план ГКНГ СМ СССР по проблеме 0.01.П.
Экспериментальная часть работы выполнена на промышленном циклонном аппарате Джамбулского суперфосфатного завода, экспериментальном стенде кафедры теоретических основ теплотехники Дальневосточного политехнического института и лабораторной установке кафедры радиотехнических систем Одесского политехнического института.
Теоретические исследования и обработка экспериментальных данных проводились на вычислительном центре ОНИ.
Диссертационная работа состоит из четырех разделов.
Общий объем работы Ю6 страниц машинописного текста, 75 рисунков,2 таблицы, список литературы, приложение.
Основное содержание работы опубликовано в [ 21, 57, 58, 62, 102, 103, 112, 127, 140 - 143].
Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на:
Всесоюзном совещании по математическому моделированию и управлению высокотемпературными процессами в циклонных и вихревых аппаратах (Одесса, 1980);
П Всесоюзном научно-техническом совещании "Создание и внедрение аппаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон" (Москва, 1981);
ХП Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика циклонных технологических процессов в металлургии и других отраслях промышленности" (Днепропетровск, 1982);
республиканском семинаре "Кибернетика и автоматическое управление "Научного Совета АН УССР по проблеме "Кибернетика"
(Одесса, 1983);
ІУ Всесоюзной научно-технической конференции по исследованию вихревого эффекта и его применению в технике (Куйбышев, 1983);
I Всесоюзной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (Москва, 1984).
- ІЗ -
Характеристика современных способов автоматического регулирования и контроля циклонно-вихревых аппаратов
Характеристика современных способов автоматического регулирования и контроля циклонно-вихревых аппаратов. Управление движением закрученного потока принципиально может быть осуществлено двумя способами: - созданием оптимальной конструкции камеры, где закрученный поток будет устойчив в широком диапазоне нагрузок; - управлением входными потоками с целью устранения возмущений закрученного потока. Задача стабилизации аэродинамического режима ЦВА, в основном, решалась путем поиска новых рациональных конструкций циклонных камер, наиболее полно отвечающим требованиям аэродинамического совершенства, которые воплощались в изменениях условий выхода закрученного потока из ЦВА (камеры с верхним и нижним выводом газов, с коническим и плоским пережимом и пр.); конфигурации самой камеры (кольцевые камеры, вихревые камеры с криволинейными торцевыми стенками, конические камеры); способа подачи перерабатываемого материала [38].
При этом не принималось во внимание, что некоторые нарушения в аэродинамическом режиме циклонного аппарата могут &ть устранены без кардинальных изменений в конструкции путем автоматического управления закрученным потоком.
Первые попытки решить эту задачу вторым способом были предприняты при разработке автоматической системы управления для процесса реакционно-восстановительной плавки сернистого натрия (институт УНИХИМ), в которой предусматривалась стабилизация циклонного эффекта путем поддержания в коллекторе после воздуходувки постоянного давления воздуха отводом его излишка в атмосферу - рис. За [зэ]. Такая система являлась крайне неэкономичной и упрощенной, т.к. между давлением воздуха в коллекторе и состоянием аэродинамического режима в ЦВА нет однозначной взаимосвязи. ОБИ, НПО "Техэнергохимпром" и ДСЗ предложена автоматическая система управления тепловым и аэродинамическим режимом ЦВА путем стабилизации расхода топлива и обогащенного воздуха не в общей магистрали, а по каждому горелочному устройству одновременно, с использованием корректирующих воздействий по общим расходам топлива и воздуха - рис. 36 [40].
Недостатком приведенной схемы управления является возможное нарушение осесимметричности течения при непрерывном перераспределении топливо-воздушной смеси по горелочным устройствам и отсутствие воздействия на состояние внутренних поверхностей циклонного аппарата при появлении настылеобразований.
В [ 41 ] предложен ряд схем управления движением закрученного двухфазного потока в циклонном аппарате путем стабилизации максимального значения вращательной составляющей скорости изменением скорости потока на входе в аппарат или эффективного диаметра аэромеханического пережима по величине входного статического давления воздуха (рис. 3 г, в).
Использование этого параметра в системе управления двухфазным закрученным потоком имеет существенный недостаток. Большая погрешность в определении Оч по величине статического давления воздуха, подаваемого в аппарат, не позволит точно поддерживать b)v w, (на это указывалось и самим автором), т.к. общее аэродинамическое сопротивление циклона представляется в виде затрат на вход потока, выход через пережим, трение о стенки и создание крутки [ 42]: ьРч= bPfc - ьРи. + ьРкр ьРТР (I.I)
Полезная составляющая ьЫРсоставляет приблизительно лишь 20$ от общего сопротивления циклона, поэтому получить однозначную зависимость между г и РЧ затруднительно.
Кроме того, организация регулирующих Воздействий на аэродинамический режим с помощью изменения эффективного диаметра пережима или площади входных сопел, например, в процессах плавки, практически трудно осуществима.
Выбор в приведенных схемах управления косвенных параметров для оценки состояния аэродинамического режима ЦВА обусловлен серьезными трудностями в получении прямой систематической информации о величине вращательной составляющей скорости. Таким образом, для управления потоком необходимо иметь систему его идентификации.
Обычно, экспериментальные исследования аэродинамических характеристик закрученного потока в ЦВА проводятся на физических моделях и натурных установках с холодными и горячими продувками с помощью аэродинамических зондов (трех- или пятиканальных), которые вводятся в исследуемую точку объема аппарата; а их пространственная ориентация позволяет определить все три составляющих скорости f43]. Для лабораторных исследований разработаны специальные водоохлаждаемые зонды с поддувом воздуха для измерения аэродинамических характеристик закрученного потока в условиях высокотемпературной и запыленной среды [44]..
Ввести такой зонд в рабочий объем промышленного циклонного аппарата для организации длительных непрерывных измерений не представляется возможным. Для этих целей целесообразно использовать только бесконтактные методы контроля.
Характеристика циклонно-вихревого аппарата как объекта автоматического регулирования
При стабилизированных основных технологических потоках сырья ( Ьс ), воздуха ( \-itf ), топлива ( LT ), кислорода ( 0г) основным возмущающим воздействием на величину вращательной скорости т- ч-ы является шероховатость внутренних поверхностей Cl , изменение которой в процессе эксплуатации ЦВА может быть вызвано колебаниями в гранулометрическом составе исходной шихты и содержании нерастворимого остатка.
Канал " д - г0 „,,}" на промышленных установках является ненаблюдаемым, но он определяет возможность нарушения аэродинамической обстановки в объеме циклонной камеры. Канал " Ч),Н.0. » аналогичен предыдущему, однако, перейти от распределения толщины пленки и гарнисажной футеровки к эквивалентной шероховатости, соответствующей реальному состоянию внутренних поверхностей, из-за отсутствия необходимых экспериментальных и теоретических данных пока не представляется возможным. Математическое моделирование позволяет рассчитать статические характеристики по этим каналам и оценить взаимосвязь "u)4vvt и при изменении ь .
Приведенные на схеме наблюдаемые входы объекта следующим J объекта автоматического регулирования образом связаны с состоянием аэродинамического режима:
1. Потоки воздуха ( L ) и топлива ( LT ) определяют величину входной скорости газовоздушной смеси, следовательно, и общую аэродинамическую обстановку.
2. Потоки топлива ( U,) и кислорода ( L0i) при неизменном коэффициенте избытка воздуха определяют температурный режим, состояние пленки расплава и гарнисажной футеровки, которое является возмущающим воздействием на аэродинамический режим.
3. Изменение концентрации окислителя в воздушном дутье оказывает воздействие на аэродинамический режим в связи с изменением температурного уровня в ЦВА за счет уменьшения или увеличения массы холодного воздуха, или в связи с изменением входной скорости газовоздушной смеси.
4. Поток мелкодисперсного сырья, поступающего в ЦВА на переработку, может оказывать воздействие на величину хОЧУИ за счет изменения момента количества движения газовой фазы в зависимости от запыленности, и за счет изменения шероховатости внутренних поверхностей в зависимости от степени проплавлення гарнисажной футеровки.
Для идентификации информационных акустических свойств ЦВА и выбора возможных регулирующих воздействий на аэродинамический режим необходимо исследовать статические характеристики ЦВА по всем приведенным выше наблюдаемым и ненаблюдаемым на промышленных установках каналам, а также оценить возможность применения частотной характеристики акустического сигнала ЦВА от прецесси-рующего вихря, в качестве базового диагностического признака для автоматической системы контроля и регулирования. Оценка эффективности работы ЦВА при заданном аэроакустическом режиме и нанесении регулирующих воздействий должна быть произведена по расчетной величине уносов готового продукта через пережим циклонно го аппарата и конечного содержания фтора в кормовых фосфатах. Математическое описание статического режима циклонно-вихревого аппарата.
Математическое описание ЦВА для идентификации его аэроакустических свойств и оценки эффективности работы при заданном акустическом режиме осуществлялось на основе ранее разработанных Ю.К.Тодорцевым[ 17], В.Г.Килимником [104], X.Теске [41], В.К.Ивановым [ 108] математических моделей (МЛ), описывающих отдельные физико-химические явления, протекающие в ЦВА: движение закрученного потока и частиц сырья, тепловую обработку и гидротермическое обесфторивание фосфоритов. ММ позволяют оценить основные аэродинамические, теплотехнические и качественные показатели процесса гидротермического обесфторивания фосфоритного сырья в ЦВА: распределение вращательной и аксиальной составляющих скорости закрученного потока по радиусу и длине циклона, распределение по длине циклона температуры газового потока, температуры расплава, толщины, пленки и гарнисажной футеровки; расход уноса готового продукта через пережим и качество готовых кормовых фосфатов, определяемое степенью их обесфторивания.
Для исследования акустических характеристик ЦВА в указанные модели дополнительно введено математическое описание, явления генерации акустических колебаний прецессирующим движением закрученного потока [ 99, 100].
Таким образом, полная математическая модель ЦВА состоит из: - математической модели движения неизотермического закрученного потока с твердой взвесью; - математической модели тепловой обработки и гидротермического обесфторивания фосфоритного полидисперсного сырья; - математической модели явления звукообразования, возникаю - 54 щего при истечении из ЦВА неустойчивой закрученной струи газа.
Причем для идентификации информационных аэроакустических свойств ЦВА достаточно статической модели объекта, т.к. нарушение аэродинамического режима при изменении шероховатости стенок и получение акустической информации о возникновении нарушений происходит безинерционно (со скоростью звука с 950 м/с).
Экспериментальное определение акустических характеристик циклонно-вихревого аппарата
Для качественной и количественной оценки установленной связи вихревого звучания закрученного потока на выходе ЦВА с его скоростью произведен анализ шумового спектра аппарата при различных нагрузках по топливу, воздуху и сырью.
Сигнал от микрофонного зонда, установленного за циклонным аппаратом в радиационной части котла-утилизатора, подавался на шумомер PS1 202. Частотный анализ осуществлялся спектроанализа-тором С К4-3. Регистрация осциллограмм с экрана анализатора осуществлялась фотоаппаратом за один период анализа.
Калибровка масштаба частот проведена звуковым генератором 13-18. По частоте звукового генератора и положению на осциллограмме спектральных составляющих исследуемого сигнала по оси частот определялись частоты отдельных спектральный составляющих (рис. 41).
Погрешность частотной калибровки jKA f складывается из погрешности по частоте анализатора С К4-3, генератора ГЗ-І8 и погрешности отсчета. Погрешность генератора и анализатора по их паспортам: 13-18 - ь = 3 Гц, С К4-3 - ь = 12 Гц. Относительные среднеквадратичные погрешности приборов могут быть подсчитаны по следующим соотношениям: r»-« = 4; f ЮО% = 1% (3.4) 4«-% - 0 7. 4.% (3.5) Среднеквадратичная ошибка измерения частоты д. =Ь = 10,5%.
На рис. 42, 43 приведены спектры шума ДВА, полученные при различных расходах топливо-воздушной смеси, что эквивалентно изменению скорости вращения потока, и подаваемого в аппарат фосфоритного сырья. По результатам акустических измерений получена эксперт, з [тальная зависимость частоты акустических колебаний основной гармоники от расхода топливо-воздушной смеси (коэффициент избытка воздуха поддерживался постоянным) - рис. 44.
При нормальном технологическом режиме (расход топлива GT = 0,785 м /с, оС = 1,05, расход сырья Q?c = 1,95 кг/с, расход кислорода G K = 0) частота основной гармоники составила приблизительно 100 Гц, что хорошо согласуется с результатами расчета частоты прецессии закрученного потока по зависимостям для вихревых генераторов звука (рис. 44).
Увеличение расхода топливо-воздушной смеси через циклонный аппарат приводит как и в вихревых генераторах звука к прямо пропорциональному увеличению частоты основного сигнала; а изменение его частоты вследствие увеличения расхода сырья имеет сложный характер, что, по-видимому, связано с изменениями характеристик расплава и гарнисажной футеровки.
Для подтверждения наличия акустических колебаний тангенциальной формы в противоположном лючке котла-утилизатора был установлен еще один микрофонный зонд. Сигналы от зондов, подававшиеся попеременно на осциллограф после предварительной фильтрации октавным фильтром шумомера (60 - 120 Гц), имели практически одинаковую частоту и амплитуду, однако были сдвинуты по фазе. Это является доказательством тангенциальной формы колебаний [92].
Сдвиг по фазе акустических колебаний прецессирующего выходного вихря является важным свойством особенно при решении задачи компенсации шумовых помех [92]: при вычитании сигналов от двух микрофонных зондов в дифференциальном усилителе помеха компенсируется (т.к. она не имеет сдвига по фазе), а полезный сигнал фильтруется.
Измерения основной частоты акустических колебаний, генерируемых ДВА, на аппаратах №3, 4, 5, 6 цеха КОФ-2 показали, что основная доля генерируемой звуковой энергии приходится на аналогичные частоты: 75 - 95 Гц. Отличие от акустических характеристик ДВА цеха К0Ф-І объясняется незначительными конструктивными изменениями, внесенными при проектировании этих аппаратов.
Для определения уровня помех от других источников в выходном акустическом сигнале ДВА произведен анализ спектра шума горе-лочного устройства и внешних источников (аэродинамических шумов регулирующих заслонок, шума параллельно работающего циклонного аппарата).
Спектр шума горения (рис. 45) регистрировался с помощью микрофонного зонда, установленного в "гляделке" горелочного устройства, шумомера PST 202, анализатора спектра АШ-2 и селективного микровольтметра В6-2.
В низкочастотной области спектра шума горения (до 800 Гц) генерация звука значительного уровня (свыше 90 дБ) практически не наблюдается. Основная доля звуковой энергии приходится на высокие частоты: 800 - 10000 Гц, что свидетельствует об отсутствии вклада шума горелочного устройства в низкочастотную область спектра (60 - 120 Гц). Отсутствие высоких частот в выходном сигнале ЦВА можно объяснить их частичным поглощением при прохождении акустического сигнала от горелки через циклонную камеру и нелинейной в области высоких частот характеристикой микрофонного зонда.
Оценка влияния окружающего шума на показания зонда производилась путем отключения подачи воздуха для очистки приемного отверстия и измерения спектра сигнала, поступающего с микрофона, при запресованном пылью приемном отверстии (микрофон воспринимал только внешнюю помеху). При этом показания зонда (в диапазоне частот 50 - 300 Гц) падали до уровня собственных шумов селективного микровольтметра.
Отсутствие влияния окружающего шума на показания зонда объясняется частотной избирательностью анализа, односторонней направленностью микрофонного зонда и защищенностью микрофона, помещенного в стальной корпус с резиновой прокладкой.
Таким образом результаты экспериментов на промышленном пик-лоне подтвердили сведения, полученные на математической и физической моделях.
Анализ альтернативных регулирующих воздействий на аэродинамический режим циклонно-вихревого аппарата
На основании выбранного акустического канала идентификации аэродинамического режима ЦВА и результатов оценки динамических и статических характеристик, предложены три способа воздействия на закрученный поток при появлении акустической информации о нарушении аэродинамической обстановки:
1. Непосредственное воздействие на закрученный поток увеличением или уменьшением входного расхода воздуха с компенсацией изменения концентрации окислителя топливом или кислородом.
2. Косвенное воздействие на закрученный поток со стороны внутренних поверхностей циклонного аппарата путем изменения расхода сырья.
3. Косвенное воздействие на закрученный поток со стороны внутренних поверхностей циклонного аппарата путем изменения расхода кислорода и топлива с поддержанием общего расхода воздушного дутья.
Анализ альтернативных регулирующих воздействий производился путем дистанционной стабилизации аэродинамического режима ЦВА на заданной частоте ( $ = 75 Гц), и оценки надежности и эффективности работы аппарата.
Наиболее простым, на первый взгляд, является способ стабилизации частоты прецессии вихря путем воздействия на закрученный поток изменением скорости воздушного дутья. Действительно, частота прецессии вихря безинерционно восстанавливалась при увеличении расхода воздуха (рис 66а), однако, через 150 - 200 секунд, несмотря на регулирование тепловой нагрузки аппарата системой "тепловая нагрузка - сырье" происходило дальнейшее снижение частоты. Это объясняется тем, что процесс образования настылей в районе горелочных устройств стимулируется увеличением массы холодного воздуха на входе в аппарат, которая вызывает дополнительное охлаждение гаршсажной футеровки как в случае компенсации расхода окислителя кислородом, так и в случае компенсации расходом топлива. Это приводило к необходимости непрерывного увеличения расхода воздуха для восстановления частоты, что не соответствовало нормам безопасной эксплуатации циклонного аппарата (резко возрастал капельный унос) и производительности дутьевого вентилятора.
Поэтому это регулирующее воздействие для существующей технологии производства кормовых фосфатов в ЦВА оказалось неприемлемым.
На следующем этапе осуществлялась стабилизация аэроакустического режима работы ЦВА путем уменьшения расхода сырья при падении частоты и увеличения расхода сырья при ее возрастании. Отмечено, что стабилизация частоты осуществляется со снижением общего расхода сырья на 5 - 10$ (так как в большинстве случаев нарушения аэродинамики ЦВА имеет место снижение вращательной скорости) (рис. 666). Это снижает общую производительность аппарата по готовому продукту.
В некоторых случаях в циклонном аппарате возникали нарушения аэродинамического режима, которые не компенсировались значительным снижением расхода сырья (до 40% от общего расхода). Это вызывало при нарушенной аэродинамике проплавление гарнисажной футеровки, снижало безопасность работы оборудования из-за возможного пережога экранных труб ЦВА. Такое явление объясняется тем, что при снижении расхода сырья основное воздействие производится на зону его максимальной сепарации, и более слабое- на зону расположения горелочных устройств. Кроме того, уменьшение расхода сырья вызывает сдвиг зоны сепарации к горелочным устройствам, что может служить причиной их зарастания.
Наиболее эффективным оказалось одновременное увеличение расходов топлива и кислорода при неизменном расходе воздуха (рис. 66в).
Увеличение расходов топлива и кислорода на горелочные устройства при начале процесса настылеобразований или застывании расплава (падении частоты прецессии вихря) приводит к проплавленню настылей за счет улучшения условий сгорания топливо-окислительной смеси и повышения температуры газов в районе горелочных устройств. При этом диапазон изменения расхода топлива не превышал 1%. Причем, для восстановления частоты достаточно кратковременного повышения тепловой нагрузки (до 200 секунд), затем расходы топлива и кислорода приводились в исходное положение .
