![](/user_photo/_userpic.png)
pdf.php@id=6178
.pdfСозданные на основе приведенных выше разработок мате матические модели процессов заложили необходимую основу автоматического управления блоком переработки. Краткое описание нового технологического процесса с автоматическим управлением приведено ниже.
Создание данной технологической схемы позволило сде лать шаг вперед практически по всем технико-экономическим показателям производства переработки; с точки зрения безо пасности производства она представляет собой качественный скачок, ибо обеспечивает возможность переработки высоко энергетических гетерогенных топлив и порохов для современ ных ракетных и артиллерийских систем.
Принципиально новая технологическая схема переработки представляет собой дальнейший шаг вперед в направлении повышения безопасности процесса и качества выпускаемой продукции (рис. 205).
В организации производственного процесса в сравнении
ссуществующим достигаются значительные преимущества:
—простота и мобильность за счет исключения аппаратов: вальцев, сушилки, таблетирующего пресса;
—легкость управления и синхронизация в работе трех прессов: отжимного, пластифицирующего и формующего;
—меньшая загрузка помещений взрывоопасным продук
том;
— снижение на 30...40% производственных площадей
икапитальных затрат при строительстве нового объекта.
Втехническом плане, как отмечалось выше, безвальцевый технологический процесс переработки имеет два кардинальных преимущества в сравнении с классическим:
— снижение на несколько порядков скорости сдвига и удельных тепловыделений, что существенно уменьшает веро ятность загораний;
— повышение однообразия по влажности полуфабриката, поступающего в формующий пресс, что улучшает условия для аутогезии и увеличивает уровень и однообразие физико-меха нических и баллистических характеристик.
На рис. 206 в виде гистограмм приведена сравнительная технико-экономическая характеристика трех технологических схем переработки, показывающая значительные преимущества новых разработок по всем наиболее важным показателям.
411
Рис. 205. Новая технологическая схема переработки:
1 — отжимной пластифицирующий пресс; 2 — шнек-пресс пластифицирующий; 3 — формующий шнек-пресс; 4 — устройство контроля производительности; 5 — установка хранения и ввода текущих ВТО; 6 — устройство автомати ческой загрузки пресса
![](/html/65386/197/html_0qBe4qpE1V.chs5/htmlconvd-D53mEv413x1.jpg)
влагомерами, устройством измерения и управления геометри ческими размерами и т. д.
Система автоматического управления построена по прин ципу достижения максимальной производительности с пара метрами оптимизации, которыми являются безопасность про цесса и качество продукции.
Система в целом разбита на три основных подсистемы (пуска блока в работу, стабильной работы, окончания работы), включающих гамму частных подсистем. Кроме того, имеется подсистема подготовки блока к работе, которая, собственно,
иоткрывает любой плановый запуск блока в работу. Программа «Подготовка блока к работе»
Для подготовки оборудования к запуску в автоматическом режиме выполняются следующие команды:
—включаются тепловые станции обогрева всех технологи ческих аппаратов и задаются температурные режимы;
—на холостом ходу запускается основное и вспомогатель ное оборудование, датчики, измерительные и регулирующие устройства и проверяется работоспособность включением электродвигателей и приборов.
После достижения заданных температурных режимов обог рева аппаратов при нормальной работоспособности основного
ивспомогательного технологического оборудования на инфор мационной табло высвечивается: «Блок к работе готов».
Программа «Пуск блока в работу» Программа начинает реализовываться после команды, вы
даваемой оператором: «Начало работы». Она включает в себя подпрограммы: «Пуск отжимного пресса», «Пуск вальцев», «Пуск сушилки», «Пуск ПКТ», «Пуск формующего пресса». С целью исключения обслуживающего персонала при запусках аппаратов разработано несколько специальных устройств: бун кер-синхронизатор, устройство автоматического пуска в работу формующего пресса, установка ввода ВТО и др.
Бункер-синхронизатор представляет собой бункер-накопи тель (50...70 кг) с дозирующим шнековым разгрузителем. Бун кер оснащен двумя уровнемерами, устанавливаемыми на про тивоположных стенках и весовым устройством. Назначение — синхронизация работы вальцев и отжимного пресса. Принцип
_ |
dG(dV\ |
~ ско" |
работы: |
по величине и знаку производной - 1 - ^ - 1 |
рость изменения уровня в бункере — подаются управляющие сигналы на изменение производительности отжимного пресса,
414
которая корректируется до момента достижения заданного уровня в бункере и величины производной, близкой к нулю.
Устройство автоматического пуска в работу формующего
пресса включает в себя исполнительный механизм металлоотсекателя, бункер с дозирующим шнеком, оснащенный уровне мером и температурным датчиком, и пневмотранспорт. Прин цип работы: течка металлоотсекателя в начальный момент до достижения заданной температуры полуфабрикатом находится в положении «отбор». В бункере с помощью уровнемера и шнека-дозера (периодически включаемого) поддерживается определенный уровень, необходимый для измерения темпера туры. Весь отбираемый полуфабрикат возвращается в сборник текущих ВТО. При достижении заданной температуры течка металлоотсекателя переключается в положение «Загрузка прес са». Полуфабрикат из бункера-измерителя полностью выраба тывается и транспортируется в сборник текущих ВТО.
Установка ВТО предназначена для возврата с фаз и ввода в процесс текущих возвратно-технологических отходов. Она включает в себя: пневмотранспорт с фаз вальцевания и фор мования, бункер-накопитель емкостью около 1 тонны полу фабриката со шнеком-разгрузителем, весовое дозирующее уст ройство с пневмоили шнековым транспортом (на вальцы). В целях безопасности полуфабрикат в бункере-накопителе на ходится под водой.
Принцип работы: полуфабрикат, отбираемый в начале ра боты или при внеплановых остановках, собирается в бунке ре-накопителе и вводится автоматически на вальцы по специ альной программе, учитывающей количество имеющегося ВТО, объем выполняемого заказа и предельно допустимое зна чение вводимого ВТО. Устройство ввода представляет собой расходный бункер с дозирующим шнеком, оснащенный уров немером, и транспорт (пневматический или шнековый) для подачи полуфабриката на вальцы.
Особенности запуска основных технологических аппаратов Отжимной пресс включается в работу на малых оборотах
винта (до 0,5 мин-1) с циклической подачей суспензии (3—4 раза) для набора «бабки», т. е. заполнения сгущенной топлив ной массой прессующей зоны пресса.
При повышении нагрузок и давления, свидетельствующих о заполнении прессующей зоны, производительность пресса повышается ориентировочно (1,5...2, 0 мин-1) до уровня, не обходимого для работы одних вальцев.
4 1 5
Вальцы в |
момент пуска отжимного |
пресса |
остановлены |
и включаются |
на малых оборотах (4...6 |
мин-1) |
спустя 5... 10 |
с после включения дозирующего шнека питателя. Набор «чул ка» производится на малых оборотах. После набора (1,5...2 мин) производительность вальцев увеличивается до 70...80% от максимальной.
Производительность отжимного пресса регулируется в ав томатическом режиме (см. выше) бункером-синхронизатором по производительности вальцев. Число оборотов дозирующего шнека-питателя устанавливается из расчета небольшой «недо питой» вальцев.
В случае переработки штатных составов с хорошо отрабо танными процессами сразу же после стабилизации работы первых вальцев включаются вторые. Производительность от жимного пресса в момент их пуска в работу увеличивается на ожидаемую величину с расчетом последующей корректировки через бункер-синхронизатор.
Сушилка начинает работать одновременно с вальцами и не требует каких-либо специальных приемов по выходу на рабо чий режим.
ПКТ .включается в работу (до набора «чулка») на малых оборотах. После повышения нагрузок на электродвигателе привода число оборотов увеличивается до значения, соответст вующего производительности одних вальцев, а при подходе питания с 2-х вальцев (время разрыва между пуском 2-х валь цев и повышением нагрузки) еще раз увеличивается из расче та фактической производительности.
Шнек-пресс запускается на холостом ходу на оборотах, не сколько меньших требуемых для обеспечения фактической производительности, в момент поступления полуфабриката
вбункер-измеритель температуры. После поступления питания
вбункер пресса уровень полуфабриката в нем поддерживается числом оборотов винта, регулируемых по величине и знаку
dG
производной — , определяемой по показаниям (усредненным) dt
двух уровнемеров.
Программа «Стабильная работа блока с оптимальными пара метрами»
Сразу же после пуска в работу блока вступает в действие программа стабилизации его работы, которая является наибо лее сложной, базирующейся на последних достижениях в об ласти технологии.
416
Она состоит из нескольких частных программ:
—синхронизация работы блока и оптимизация параметров;
—качество;
—безопасность.
Программа «Синхронизация работы блока и оптимизация тех нологических параметров»
Данная программа предусматривает порядок вывода на ра бочий режим оборудования блока и оптимизацию его работы с учетом необходимых качества и безопасности. С учетом по следнего в рамках общей программы стабильной работы блока данная подпрограмма непрерывно взаимодействует с подпро граммами «Качество» и «Безопасность». Она предусматривает следующий порядок вывода блока на оптимальный режим ра боты и его стабилизации:
— после загрузки пресса и анализа параметров безопасно сти (нагрузки, давления, энергозатрат) дается команда на включение вторых вальцев. Для часто перерабатываемых штат ных составов программа пуска блока в работу может преду сматривать пуск в работу вторых вальцев вслед за первыми
снебольшим разрывом;
—на каждой из фаз производства осуществляется «внут ренняя» оптимизация процесса с доведением технологических параметров до рекомендуемых (влажность, нагрузки и пр.) без учета пока еще отсутствующих данных по качеству готовых изделий^
—после получения первых изделий и оценки их качества (геометрические параметры, внешний вид, монолитность, плотность) могут быть приняты три возможных варианта про должения работы: увеличение производительности, если каче ство нормальное; оптимизация режимов предыдущих фаз, если
качество изделий не удовлетворяет требованиям, и работа в режиме выжидания, если корректировка режимов предыду щих фаз была проведена ранее, а полуфабрикат, соответствую щий скорректированным режимам, еще не вошел в состав данного изделия;
— реализация команды «Увеличение производительности» осуществляется в несколько ступеней с шагом AQ = 50... 100 кг/час, зависящим от габаритов изделия и предполагаемой максимальной производительности. После каждого шага про изводится анализ качества изделий и, если требуется, коррек тировка технологических режимов в соответствии с подпро граммой «Качество». Параллельно производится оценка безо-
4 1 7
пасности процесса переработки на каждом из аппаратов и в случае необходимости корректировка режимов, предусмотрен ная подпрограммой «Безопасность»;
— производительность блока последовательно увеличива ется до максимальной, ограничиваемой или максимально воз можной производительностью какого-либо из аппаратов, или критериями безопасности и качества.
Подпрограмма «Качество»
Включает серию частных подпрограмм, определяющих по рядок анализа и обеспечения качества на каждой фазе перера ботки: отжиме, вальцевании, сушке, таблетировании и формо вании. Определяющими качественными критериями являются параметры готовых изделий. К ним относятся:
—геометрические размеры;
—плотность;
—монолитность (дефекты: нарушение сплошности, посто ронние включения);
—внешний вид («серизна», «мраморность», «волнистость», «бугристость» и пр.);
—физико-механические характеристики.
С целью управления качеством разработан целый ряд но вых контрольно-измерительных приборов и устройств, матема тических моделей процесса и управляющих средств. Среди них наиболее важные следующие:
—устройство контроля и управления геометрическими размерами, включающее фоторегистрационные или тиристор ные датчики для замера наружного диаметра, устройство обра ботки информации и подачи команд на регулировку размеров;
—механизм регулирования наружного диаметра изделия (регулируемая втулка пресс-инструмента);
—математическая модель качества при формовании изде
лий;
—математические модели процессов отжима, вальцева ния, сушки, прессования;
—прибор для определения физико-механических характе ристик методом пенетрации и т. д.
Подпрограмма «Качество» имеет банк исходных данных, включающий математические модели качества, эксперимен тальные данные по реологии, аутогезии, физико-механике, термохимической стойкости и пр.:
т, \ = f(P, T, У. $) |
~ реология, |
ст„ =f(P, Т, у, у) - |
аутогезия, |
418
еобщ3 бобр? |
Бнеобр = ЛТ, |
а) — термомеханика, |
Qv = f(T) |
— скорость |
газовыделения, |
т= /(а, Т) |
— долговечность. |
Структура программы построена по принципу соподчинен ное™ частных подпрограмм всех предыдущих фаз переработки фазе формования. Собственно, на современном этапе разви тия технологии арсенал качественных показателей, которыми оперирует производство на этих фазах (кроме фазы формова ния), довольно ограничен: влажность массы, насыпная плот ность и температура полуфабриката. Основным управляемым критерием качества на фазах отжима, вальцевания, сушки яв ляется влажность.
Разработанные математические модели процессов взаимо связывают влажность с технологическими параметрами и по зволяют изменять ее в необходимых пределах. Она наравне с параметрами, характеризующими безопасность процесса, яв ляется одним из основных оптимизируемых параметров, опре деляющих механизм и структуру всей программы автоматиче ского управления блоком в режиме стабильной работы.
Поскольку большинство выходных критериев качества из делий зависит от влажности топливной массы, поступающей в пресс (физико-механические характеристики, параметры си лового поля, внешний вид — «мраморность», «серизна» и пр., монолитность и т. д.), их улучшение осуществляется за счет изменения влажности полуфабриката на той или иной фазе переработки.
Причем, модель качества вследствие отсутствия в произ водстве информации по некоторым важным качественным по казателям (степень пластификации, плотность и др.) учитыва ет их по косвенным данным, в частности, по величине энер гозатрат на фазах переработки.
Так, при большой выходной влажности на вальцах степень пластификации уменьшается, так как снижаются параметры «теплосилового» поля. Это приводит к большей пористости полуфабриката, меньшей аутогезионной прочности и сниже нию в целом физико-механических характеристик. Низкая влажность на вальцах при высокой плотности массы может привести в случае неоптимальных режимов сушки к появле нию «мраморности».
В связи с этим на каждой фазе переработки устанавлива ются рекомендуемые границы по влажности полуфабриката для начального этапа работы.
419
В последующем после детального анализа режимов формо вания (давление, энергозатраты, качество и пр.) эти границы могут быть расширены как в ту, так и в другую сторону. Структура программы предусматривает следующий порядок корректировки режимов: анализ качества изделий — команда на улучшение качества в аналитический и управляющий центр — анализ влажности и параметров безопасности по фа зам и обоснование решения на корректировку параметров на той или иной фазе — команда на корректировку режимов — ис полнение команды в соответствии с частными программами — оценка параметров на конкретных фазах — ожидание анализа качества изделий — анализ качества и принятие решения.
Частные программы по качеству базируются на математи ческих моделях процессов и экспериментальном банке данных и имеют определенные рычаги управления влажностью.
Так, на фазе отжима параметрами, влияющими на конеч ную влажность отжатой массы, являются: исходная концентра ция массы, сопротивление фильеры (температура, диаметр от верстий), производительность пресса, нагрузка на приводе (длина запрессованной зоны, т. е. время отжима);
— на фазе вальцевания: начальная влажность «крошки», температура обогрева, удельные энергозатраты, производитель ность, количество и температура воздуха для обдува «чулка», величина роздвига валков и т. д.;
— на фазе сушки: производительность, температура тепло носителя (обогревающей воды), температура и относительная влажность воздуха, исходная влажность, размер и плотность полуфабриката с вальцев и т. д.
Частные программы с учетом параметров безопасности предусматривают определенный порядок введения в действие управляющих рычагов, обеспечивающих достижение конечной цели: безопасного изготовления качественной продукции с максимальной производительностью.
Подпрограмма «Безопасность» Параметры безопасности постоянно контролируются на тех
фазах переработки, где имеет место интенсивный диссипатив ный разогрев: отжиме, вальцевании, таблетировании, прессо вании.
Основным критерием безопасности является температура массы внутри аппарата и на выходе из него, оцениваемая не посредственно температурными датчиками и, косвенно, удель ными энергозатратами. Учитывая трудность непосредственного
420