Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теплоизоляционные материалы на основе полимерного волокнистого техногенного сырья 11
1.1. Современные методы утилизации полимерного волокнистого техногенного сырья 11
1.2 Геплоизоляционные материалы на основе полимерных волокнистых отходов 21
1.2 1. Классификация теплоизоляционных материалов по теплофизическим свойствам 22
1.2.2. Эксплуатационные свойства теплоизоляционных материалов и пути их повышения 29
1.2.3. Теплофизические характеристики полимерных волокнистых теплоизоляционных материалов 34
1.3. Процессы, определяющие теплофизические характеристики теплоизоляционных материалов 35
1.3.1. Кондуктивнаятеплопроводность 36
1.3.2. Радиационная теплопроводность 39
1.3.3. Конвективная теплопроводность 40
1.3.4. Излучение в дисперсных материалах 43
1-3.5. Влияние пористости на теплопроводность 44
1.3.6. Влияние влажности на теплопроводность дисперсных материалов 45
1.4. Выводы к главе 47
Глава 2. Модели многокомпонентных полимерных волокнистых материалов 48
2.1 Физика разрушения полимерных волокнистых материалов 48
2.1 1. Термофлуктуационный разрыв полимерной цепи 49
2.1 .2. Фононная концепция разрушения полимерных волокнистых материалов 53
2.2. Расчетные и экспериментальные модели механико-технологических схем измельчения 55
2.2.1, Матричная модель многоступенчатого измельчения 60
2.2.2. Математическая модель устройств многоступенчатого измельчения 61
2.3. Модели теплоизоляционных материалов на основе волокнистого полимерного сырья 66
2.3.1, Характеристика основных моделей 66
2.3.2. Расчет моделей 74
2.4. Модель теплоизоляционного материала на основе техногенного сырья производства линолеума ПВХ 75
2.4.1. Определение механического состава материла 78
2.4.2. Определение пористости материала 81
2.4.3. Определение теплопроводности материала 84
2.4.4. Определение плотности материала 86
2.4.5. Влияние формы частиц на теплофизические свойства материала,.. 88
2.5. Выводы к главе 92
Глава 3. АСУ ТП переработки техногенного сырья производства линолеума ГШХ 94
3.1. Способы и машины для переработки ПВХ сырья 94
3.2. Статистические методы определения характеристик устройств ТП по параметрам АСУ 99
3.3. Функциональные и структурные схемы АСУ ТП 107
3.4. Принципиальная и функциональная схемы АСУ устройства для переработки техногенного сырья производства линолеума ПВХ 115
3.5. Структурная схема АСУ устройством для получения синтетического утеплителя 118
3.6. Выводы к главе 120
Глава 4. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) производства и использования ТИМ из отходов ПВХ линолеума 122
4.1, Промышленная технология производства синтетического утеплителя 122
4.2. Область применения получаемого утеплителя 123
4.3- Технико-экономическое обосновалие линии переработки отходов линолеума ПВХ 127
4.4. Выводы к главе 131
Заключение 132
Литература 135
Приложение 142
- Геплоизоляционные материалы на основе полимерных волокнистых отходов
- Процессы, определяющие теплофизические характеристики теплоизоляционных материалов
- Расчетные и экспериментальные модели механико-технологических схем измельчения
- Статистические методы определения характеристик устройств ТП по параметрам АСУ
Введение к работе
Актуальность темы. Важными показателями целесообразности применения линолеумов являются низкие удельные капитальные затраты на организацию их производства, высокое качество материала, широкая гамма расцветок, многообразие рисунков, значительная износостойкость, простота в эксплуатации.
Однако, наряду с положительными качествами, у этого синтетического многокомпонентного продукта есть один существенный недостаток - он, в отличие от многих природных материалов, выполнив свои функции, не уничтожается достаточно быстро под действием агрессивных факторов окружающей среды: света? тепла, атмосферных газов, микроорганизмов, а продолжает существовать в виде долгоживущих отходов, причиняя ущерб окружающей природной среде.
На сегодняшний день в России существует более 40 предприятий по производству линолеума. Каждый год на этих предприятиях образуется около 2340,4 тыс, м2 отходов. Общедоступной технологии по переработке и вторичному использованию многокомпонентного техногенного сырья производства линолеума в синтетический утеплитель (СУ) не существует.
Решение вопросов экологической безопасности индустриальных центров и получение дополБгательных экологически чистых высококачественных строительных теплоизоляционных материалов (ТИМ) повышенной эксплуатационной надежности является актуальной проблемой современных производственных процессов, развития энерго- и ресурсосберегающих технологий, расширения сырьевой базы отдельных отраслей промышленности.
Цель работы: исследование и контроль теплофизических характеристик синтетического утеплителя из техногенного сырья производства линолеума поливинилхлоридного.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
7 L Проанализировать состояние № вопроса в области утилизации волокнистых полимерных отходов;
Определить физико-механические свойства многокомпонентного полимерного техногенного сырья производства линолеума ПВХ с позиции их вторичного использования;
Обосновать хметодику определения физико-механических свойств продуктов переработки линолеума ПВХ с целью определения сфер их применения;
Обосновать автоматизированную технологическую линию переработки отходов линолеума ПВХ в утеплитель с позиции контроля механических характеристик конечного продукта, определяющих его теплофизические свойства, энергосбережения и рационального природопользования.
Объектом исследований является волокнистый негомогенный многокомпонентный полимерный материал, получаемый в процессе механической переработки (измельчения) техногенного сырья производства линолеума ПВХ.
Методика исследования. При решении поставленных задач
использовались методы: математического моделирования, наименьших
квадратов, теории автоматического регулирования технологическими
процессами, определения пористости негомогенных полимерных
волокнистых материалов и оценки экологического ущерба от захламления почв промышленными отходами.
Научная новизна. Проведены теоретическое и экспериментальные исследования состава и строения нового материала с целью обеспечения надежности и долговечности строительного теплоизоляционного материала.
Обоснована и усовершенствована методика контроля механических итеплофизических характеристик получаемого в процессе переработки синтетического утеплителя.
Исследовано влияние технологических факторов производства ТИМ на их структуру и теплофизические свойства. Оптимизирована технология получения синтетического утеплителя заданной структуры и свойств.
Проанализированы основные методы переработки и вторичного использования полимерных волокнистых отходов промышленности > разработана автоматизированная технологическая линия по утилизации негомогенных волокнистых отходов производства линолеума, что позволяет решать задачи ресурсосбережения и повышения экологичпости современного производственного процесса.
Разработанная принципиальная схема автоматизации процесса многоступенчатой переработки отходов линолеума ПВХ позволяет осуществлять контроль за параметрами конечного продукта и получать синтетический утеплитель с заданными механическими и теплофшическими свойствами в зависимости от конкретных условий изготовления.
Решена задача утилизации негомогенных ПВХ - материалов с позиции вторичного использования получаемых продуктов в качестве полимерных волокнистых ТИМ, что способствует расширению сырьевой базы современного производства.
Практическая ценность работы состоит в том, что содержащиеся в ней теоретические и методические разработки, выводы и практические рекомендации обеспечивают решение вопросов экологической безопасности производства по замкнутому циклу, ресурсосбережения в современных технологиях по обращению с эластомерами и развитию сырьевой базы производства.
Разработанная технологическая схема позволяет утилизировать негомогенные полимерные волокнистые отходы на самих предприятиях в качестве завершающей стадии производственного процесса; решает вопросы снижения захламления производственных площадей техногенными отходами; определяет направления организационно-технического совершенствования производственных систем.
9 Разработана модель синтетического утеплителя. Проведенные исследования на ее основе позволяют применять получаемый в процессе переработки отходов линолеума ПВХ материал в качестве неорганического волокнистого теплоизоляционного материала, эксплуатационные показатели которого не уступают современным ТИМ серийного производства.
Проведенный анализ технико-экономических показателей
разработанной технологии показал эффективность применения автоматизированной технологической линии по переработке техногенного сырья производства линолеума ПВХ. На защиту выносятся:
Структурная модель многокомпонентного негомогенного синтетического утеплителя из техногенного сырья производства линолеума ПВХ, позволяющая определять его теплофизические и механические характеристики;
Методика определения теплофизических и физико-механических свойств продуктов переработки линолеума ПВХ, позволяющая определить сферы их применения;
Автоматизированная технологическая линия переработки техногенного сырья производства линолеума ПВХ, позволяющая контролировать механические характеристики сырья и конечного продукта, определяющие его теплофизические свойства;
Технико-экономическое обоснование эффективности использования синтетического утеплителя из техногенного сырья производства линолеума ПВХ в строительной и других отраслях промышленности.
Апробация и публикация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:
1. На межрегиональном научно-практическом семинаре «Энергосбережение и охрана природы в промышленности и ЖКХ» Ижевск, УдГУ, 2001г-;
10 2- Российской научно-практической конференции «Энергосбережение, экология, эффективность» , Ижевск, УдГУ, 2002;
Научно-практической конференции «Высокие и информационные технологии в механике», ИжГТУ, г. Ижевск, 2002;
Международном конгрессе но управлению отходами «ВэйстТэк 2003», Москва, 2003;
5- Всероссийской научно-практической конференщш «Экологические проблемы промышленных регионов», г. Екатеринбург, 2003г.
6, Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов», г. Екатеринбург, 2004 г.
Основные материалы диссертации отражены в 8 печатных работах.
Геплоизоляционные материалы на основе полимерных волокнистых отходов
Полимерные волокнистые материалы (ПВМ) получают все большее применение в промышленности и быту, и производство их непрерывно возрастает. Это, в свою очередь, приводит и к росту отходов производства полимерных материалов- Проблема рециклинга вторичного сырья на сегодняшний день выходит на одно из основных мест в области экологии индустриальных центров. Полимеры с заранее заданными свойствами можно получить синтетически, подбирая исходные мономеры и соответствующие условия синтеза, от которых зависит структура образующегося полимера. Полимерные волокнистые материалы (ПВМ) имеют ряд преимуществ по сравнению с природным материалом, а именно: 1. При их производстве и переработке требуются меньшие капиталовложения и меньшая затрата труда; 2. Малая объемная масса; 3. Возможность замены некоторых дефицитных природных материалов; 4. Возможность получения материалов с новыми улучшенными свойствами: полимеры не гниют, кислотно- и щелочеустойчивы, обладают большой механической прочностью, а также характеризуются хорошими звуко- и термоизоляционными свойствами. Строительные материалы для тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий, промышленного и энергетического оборудования и трубопроводов называют теплоизоляционными. Такие материалы имеют низкую теплопроводность (не более 0,18 Вт/м С) и небольшую плотность (не выше 600 кг/м]).
Применение ТИМ является одним из важнейших направлений технологического развития в строительстве [28 - 36]. Теплоизоляционные материалы и изделия подразделяются по следующим основным признакам [32]: виду основного исходного сырья; структуре; форме; возгораехмости (горючести); содержанию связующего вещества; тепловым свойствам. По виду основного исходного сырья материалы и изделия подразделяют на неорганические (минеральные) и органические. Изделия, изготовленные из смеси органического и неорганического сырья, относят к неорганическим, если количество последних в смеси превышает 50% по массе.
По структуре материалы и изделия подразделяют на волокнистые, ячеистые и зернистые (сыпучие). По содержанию связующего вегцества материалы и изделия подразделяют на содержащие связующее вещество и не содержащие связующее вещество По форме материалы и изделия подразделяют на рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок и др.), фасонные (цилиндры, полуцилиндры» сегменты и др.) и шнуровые. По возгораемости (горючести) материалы и изделия подразделяют на несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые» Теплоизоляционные материалы и изделия должны удовлетворять следующим общим техническим требованиям [51]: - обладать теплопроводностью не более 0,175 Вт/(м-К) при 25 С; - иметь плотность (объемную массу) не более 500 кг/м3; - обладать стабильными физико-механическими и теплотехническими свойствами; - не выделять токсических веществ и пыли в количествах, превышающих предельно допускаемые концентрации. По средней плотности. В отличие от многих других строительных материалов марка теплоизоляционного материала устанавливается не по показателю прочности, а по величине средней плотности, которая выражается в кг/м3. Марка теплоизоляционного материала представляет собой верхний предел его средней плотности. (Например, изделия марки 100 могут иметь среднюю плотность равную 75-100кг/ м3). По жесткости теплоизоляционные материалы подразделяются на следующие виды: мягкие, полужесткие и жесткие. Кроме того, выпускаются изделия повышенной жесткости и твердости, хорошо сопротивляющиеся внешним нагрузкам. Общая классификация теплоизоляционных материалов представлена в таблицах 1 - 2 Приложения 3. По способу порообразования теплоизоляционные материалы делят на следующие виды: - материалы с волокнистым каркасом; - вспученные материалы; - вспененные материалы; - материалы с пористым заполнителем; - материалы с выгорающими добавками; - материалы с пространственным каркасом. По теплопроводности материалы и изделия подразделяются на классы: А - низкой теплопроводности ( 0,06 Вт/мК), Б - средней теплопроводности (0,06-0,115Вт/мК), В - повышенной теплопроводности (0,1-0,175Вт/мК). Как показывают статистические данные [62], потери тепла в зданиях составляют 17% - через окна, 18% - чердак и перекрытия, 15% - через наружные стекла и 32% - через систему вентиляции. Подсчитано, что 1 м3 теплоизоляции обеспечивает экономию 1,4.,.1,6 тонн уел, топлива в год. Эффективность современных синтетических теплоизоляционных материалов обеспечивается рядом факторов [84]
Процессы, определяющие теплофизические характеристики теплоизоляционных материалов
Теплообмен в волокнистом теплоизоляционном слое конструкции является слолшнм процессом, включающим перепое теплоты посредством [60]: - кондуктивпой теплопроводности волокна, образующего пористую структуру теплоизоляционного слоя и заполняющего межволоконное пространство газа; - радиационного теплообмена в поглощающей, отражающей и рассеивающей среде межволоконного пространства; - конвективных токов газа, заполняющего межволоконное пространство, возникающих вследствие разности температур граничных поверхностей теплоизоляционной конструкции. Для определения теплозащитных свойств конструкций на основе волокнистых материалов обычно используются расчетные зависимости, основанные на законе Фурье, справедливом лишь для твердых гомогенных тел, в которых перенос тепла при наличии градиента температур происходит только за счет кондуктивной теплопроводности. Очевидно, что используемый при таком подходе коэффициент теплопроводности является обобщенной характеристикой проводимости теплоты в теплоизоляционном слое с эффективным коэффициентом теплопроводности: Аэ где Хч- коэффициент кондуктивной. Хр- радиационной, А конвективной теплопроводности. Для вывода расчетных зависимостей, определяющих отдельные составляющие эффективной теплопроводности волокнистых материалов в теплоизоляционных конструкциях используются современные представления о механизме взаимосвязанных процессов тепло- и массообмена.
Развитие современной техники в значительной мере связано с разработкой и применением композитных материалов, В связи с этим возник новый широкий круг задач механики сплошных сред, связанных с прогнозированием физико-механических свойств, выбором оптимальной структуры неоднородных материалов-композитов. Определение эффективной кондуктивной теплопроводности слоя из волокнистых хчатериалов является задачей именно такого тина»
Для оценки коэффициента теплопроводности среды с любыми включениями справедлива зависимость [45, 91]: где Хг коэффициент теплопроводности сред (і = 1,2), ct - их концентрации, для которых выполняется равенство:
Для сферических включений эта зависимость имеет вид [45]: а - радиус включения, р - пористость системы. При а — 0 формула (8) переходит в формулу Максвелла;
Для указанных зависимостей можно определить два предельных значения коэффициента теплопроводности при X — со и л,—-0.
Первое из них соответствует среде, содержащей включения с теплопроводностью, значительно превышающей теплопроводность среды. В этом случае температура включения практически может считаться постоянной. При X со получим где параметры if и yj имеют табличные значения для каждого материала. Для определения копдуктивной теплопроводности теплоизоляционного слоя волокнистых полимерных материалов используется полуэмпирическая модель Кришера [55, 56], которая, как показано в [91] дает вполне удовлетворительные результаты при расчете теплопроводности теплоизоляционных материалов, нашедших широкое применение в конструкциях промышленной теплоизоляции.
Расчетные формулы этой модели для определения кондуктивной теплопроводности в сухом состоянии имеют вид: где а - экспериментально определяемый коэффициент, характеризующий структуру хматериала; р - пористость материала; Хв теплопроводность волокна; Х теплопроводность газа, заполняющего пористую структуру материала. Рассмотренная модель позволяет определить также кондуктивную теплопроводность увлажненного слоя конструкции: где Хж - теплопроводность воды, W - эффективная влажность материала по объему, связанная с относительным влагосодержанием материала U в кг влаги на кг сухого веса соотношением: где рж - плотность воды, у - объемная масса материала.
По формулам приведенным выше можно определить температурную зависимость копдуктивной теплопроводности принимая при этом значения лф Хг при средней температуре изоляции.
Значительное влияние на теплопроводность ТИМ оказывает их пористость. При пористости больше 0,8 (подавляющее большинство теплоизоляционных волокнистых материалов) даже при диаметре волокон 0,5 микрон теплопроводность газа наполнителя в порах материала не отличается от теплопроводности газа в свободном объеме (рис. 7).
Таким образом, рассмотренные выше расчетные формулы позволяют определять зависимость кондуктивной теплопроводности волокнистой изоляции от ее объемной массы и температуры, используя при этом известные температурные зависимости теплопроводности волокна и заполняющего межволокнистое пространство газа с учетом структуры материала. Для расчетов теплофизических характеристик негомогенных полимерных ТИМ необходимо рассматривать каркасную часть материала как сложную структуру, состоящую из нескольких различных по физическим и химическим свойствам элементов. При этом формула для определения Яс будет иметь другой ВИД В настоящее время существует в основном два подхода к расчету лучистого потока в слоях волокнистых материалов.
Первый заключается во введении радиационной теплопроводности и моделирования переноса излучения как коидуктивного процесса» Второй заключается в рассмотрении уравнения переноса5 описывающего интенсивность излучения в поглощающей и рассеивающей средах. Первый метод широко используется, поскольку он прост математически. Однако введенные коэффициенты лучистой теплопроводности содержат параметр, который должен определяться экспериментально [91]. Это может оказаться нежелательным, поскольку этот параметр зависит не только от природы материала волокна, например, его химического состава, но и от физической структуры изоляции, а именно от объемной доли и размера волокон. Если изменяется объемная доля волокон и (или) размер волокна, эксперимент по определению указанного параметра необходимо повторять, даже если используемый материал не изменился. Второй метод требует решения уравнения переноса, а также необходимых для решения радиационных свойств волокна. В [49, 60, 91] для расчета лучистого теплопереноса в волокнистой изоляции путем построения приближенных уравнений переноса рассматривается модель двух потоков и модель линейного анизотропного рассеивания (ЛАР-модель). Связанные с этими моделями радиационные свойства определяются из рассмотрения ослабления электромагнитного излучения волокнами
Расчетные и экспериментальные модели механико-технологических схем измельчения
В практике измельчения различного видов сырья получили распространение две основные механико-технологические схемы измельчения, которые учитывают крупность исходного сырья, требования к конечному продукту, его физико-механические свойств и т.д-! а именно: измельчение за один или множество приемов в одном измельчителе без классификации; многоступенчатое измельчение в одном или нескольких последовательно установленных измельчителях, процесс разрушения в которых идет с обязательной операцией просеивания (сепарирование), на классификаторах, устанавливаемых в каждой ступени.
Основным критерием для выбора механико-технологической схемы измельчения является эффективность её работы, под которой понимается выход фракции заданных размеров по времени, то есть производительность по конечному продукту, затраты энергии на получение единицы продукции, количество обслуживающего персонала, трудоемкость обслуживания и ремонта выбранного оборудования или отдельной дробилки, надежность работы и занимаемая производственная площадь.
Большинство технологических схем работают по принципу многоступенчатого измельчения, что позволяет решить главный вопрос -получить продукт измельчения заданного гранулометрического состава, избежать переизмельчения и снизить за счет этого неизбежные потери готового продукта. С других позиций многоступенчатые схемы измельчения снижают эффективность переработки сырья по указанным выше показателям, имеют крайне низкий общий КПД.
Получение продукта измельчения выровненного (заданного) гранулометрического состава в технологических схемах с одним измельчителем без классификации невозможно по следующим основным показателям: измельчаемый материал имеет негомогенную структуру и, вследствие этого, отдельные частицы не одинаковы по своим физико-механическим свойствам: разнородность сырья по физико-механическим свойствам исключает идентичность разрушения отдельных частиц в рабочей камере измельчителя, имеющего, как правило, постоянную рабочую скорость мелющих тел; наличие одной камеры в измельчителе, в которой рабочие органы имеют фиксированную скорость, определяют время пребывания измельчаемого сырья в ней по условию разрушения до нужных размеров самых твердых частиц; ведение цикла измельчения но разрушению самых прочных элементов сырья приводит к неизбежному переизмельчению разрушаемой массы, следствием чего является высокая степень неравномерности граїїуло метрического состава, повышенный расход энергии, затрачиваемой на ненужное переизмельчение, быстрый износ рабочих органов; неравномерность получаемого продукта помола по гранулометрическому составу приводит к снижению эффективности его переработки (снижается энергия горения, изменяются активность в химических реакциях, повышается взрывоопасность, снижается питательная ценность и т.д.)_
Процесс многоступенчатого измельчения с элементами поэтапной классификации можно представить как состоящий из отдельных ступеней, в которых измельчение идет за один прием в одном измельчителе [23, 24], Число ступеней измельчения определяется характером исходного сырья и требуемой степенью измельчения.
В многоступенчатых технологических схемах [86] имеющих несколько ступеней измельчения, на первую ступень поступает весь поток измельчаемого материала Qt\. Весь поток измельчаемого материала поступает на классификатор 5 , то есть
Поскольку часть материала (измельченного продукта) P i выделяется классификатором в готовый продукт, то на вторую ступень измельчения поступит поток P sj равный где индексы пи. с означают проход и сход продукта.
После разрушения на первой ступени измельчения (на втором измельчителе) продукта Рса образуется Р"2 готового продукта, выделенного вторым классификатором, а остальная часть ҐїГ Р 2 Р2 направляется па следующую ступень.
Теоретически процесс доизмельчения и классификации по ступеням должен повторяться до тех пор, пока величина Рс! (т) не станет равной нулю. С позиции многоступенчатого измельчения общий поток готового продукта может быть записан в виде суммы: А нагрузка доизмельчения как сумму:
Для повышения общего КПД технологической линии многоступенчатого измельчения необходимо: с учетом требований к продукту помола и физико-механических свойств сырья правильно подбирать измельчающие машины и классификаторы: иметь минимально необходимое количество ступеней измельчения в технологической линии или устройстве.
Однако, как показал аналитический обзор машин для измельчения полимерного волокнистого сырья [12, 13, 27, 37? 69], в настоящее время не существует измельчителей с высоким КПД измельчения. Измельчители с низким КПД? установленные последовательно в технологическую линию даже при правильном подборе не могут повысить общую эффективность работы линии измельчения эластомеров.
Поэтому в настоящее время перед исследователями не может быть задачи более важной, чем создание новых измельчителей, реализующих в своей конструкции технологическую схему многоступенчатого измельчения и классификации. Рабочие органы измельчителей должны быть высокопроизводительными и не иметь быстро истирающихся частей.
Статистические методы определения характеристик устройств ТП по параметрам АСУ
Автоматическая система управления ТП утилизации отходов линолеума ПВХ должна обеспечивать стабилизацию процесса измельчения сырья по основному показателю (критерию оптимизации) - величине вновь образованной поверхности (размер измельченных частиц). Величина вновь образованной поверхности является показателем, характеризующим продукт переработки техногенного сырья производства линолеума ПВХ — синтетический утеплитель — по его теплофизическим свойствам. Причиной колебаний величины вновь образованной поверхности и, как следствие, его геплофизических свойств утеплителя, являются контролируемые и случайные возмущения, определяющие степень влияния внешних условий на ход процесса переработки техногенного сырья. Стабилизация процесса по критерию оптимизации путем АСУ требует знания статических и динамических характеристик устройств, его осуществляющих. Вследствие сказанного, статические методы исследования, позволяющие определять характеристики устройств ТП по информации, получаемой в ходе их нормальной эксплуатации, являются объективными и достоверными.
Основным элементом ТП переработки техногенного сырья производства линолеума ПВХ в утеплитель является устройство для их измельчения сокращение крупности частиц, в котором осуществляется по многоступенчатой технологии. Многоступенчатая технология последовательного сокращения частиц позволяет получать конечный продукт с сильно развитой поверхностью. Рассмотрим методику определения статических и динамических характеристик устройства для переработки отходов линолеума ПВХ. Примем, что регулирование происходит по одному показателю - величине вновь образованной поверхности, С учетом этого допущения, работу устройства можно представить в виде схемы, приведенной на рис. 25. Как видно из приведенной на рис. 25. схемы, выходящая регулируемая величина, подлежащая стабилизации - у(ї). Возмущения, вызывающие колебания выходной величины y(t) представлены на схеме независимыми сигналами: - сигнал X(i) обусловлен факторами, которые влияют как на y(t), так и на (t); сигнал m(t) обусловлен факторами, влияющими только uayft); - сигнал z(t)y промежуточный сигнал, обусловлен факторами, вызывающими отклонение регулируемой величины на эти же переходы массопотока с одной на другую ступень измельчения; - сигнал x(t) - регулирующий сигнал, который позволяет компенсировать влияние возмущений на регулируемую величину. При отсутствии регулирования сигнал представляет собой постоянную величину. Возмущения, показанные на рис.25, являются случайными функциями времени и, наиболее объемно и достоверно, могут быть оценены только статистическими методами [48? 89].
Для определения параметров АСУ необходимо иметь характеристики действующих возмушений в ТП, так и характеристики самого устройства регулирования. Устройства для измельчения любых материалов работают в условиях непрерывных случайных возмущений и для определения их характеристик так же используются статистические методы. Основными статистическими характеристиками непрерывных случайных сигналов (возмущений) является математическое ожидание и корреляционная функция. Оценка математического ожидания определяется по формуле: Функция Ry(x) симметрична относительно оси координат н поэтому определяется только для положительных или отрицательных значений сдвига Корреляционная функция Ry(x) является математическим ожиданием произведения центрированных ординат исследуемого сигнала возмущения, разделенных интервалом времени х. Она показывает степень связи ординат данного сигнала в зависимости от разделяющего их интервала времени, что определяет характер колебаний этого сигнала. Значение функции Ry(x) при х = 0 будет определять дисперсию данного сигнала, величина которой определиться по формуле: Характер колебательности случайного сигнала возмущения определяется но формуле его среднеквадратичного отклонения: В экспериментальных исследованиях для вычисления оценок математических ожиданий и корреляционных функций пользуются не интегралами, а суммами. Для этого интервал времени переходного процесса Г разбивают на п частей и определяют ординаты, соответствующие отдельным интервалам времени.
При этом формулы 73, 74, 75 запишутся в виде: Статические характеристики, вычисленные по формулам 73 - 79, будут являться приближенными оценками параметров сигнала. Степень точности и достоверности полученных характеристик реальному процессу есть функция объема использованной информации стационарности случайного сигнала по времени. В практических расчетах корреляционную функцию сигнала можно представить нормированной по дисперсии случайного сигнала. Нормированную корреляционную функцию определяют как Работу устройств для измельчения различных материалов по различным каналам регулирования, с достаточной степенью точности, можно описывать уравнение участка объекта вида [14]: у и У - значение выходной величины и ее производная; z - входная величина участка объекта; m — возмущающий сигнал (помеха); F[z(t-x)] - некоторая нелинейная функция процесса; TQ - постоянная времени участка объекта; т - время запаздывания сигнала. Характеристики участка объекта, получаемые при помощи уравнения 81, при необходимости разделяют на статические и динамические.
Статической характеристикой называется зависимость выходной величины от входной, представляемой в уравнении 81 функцией F{z(t-j)J. Динамическая характеристика устройства или его отдельного участка определяется в уравнении постоянной времени То и временем запаздывания г. Динамические характеристики устройства для измельчения (переработки) различных материалов определяют методом наложения их различных характеристик [85]. Суть метода в том, что на управляемый вход подается искусственное колебание в виде повторяющихся скачкообразных возмущений с периодом заведомо большим, чем возможное время переходного процесса в объекте.
