книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

рами. Эти ребра установлены вдоль направления движения массы

ислужат для успокоения ее потока.

Сувеличением расхода массы, что может явиться, например, следствием изменения расхода ее на производственные цели, уро­ вень в переливной трубе И приемного бака несколько повышается

ивозрастает поверхность соприкосновения массы с конической на­ садкой. Силы трения между массой и насадкой при этом возра­ стают, компенсируя снижение этих сил вследствие увеличения ско­ рости протекания массы.

Часть контролируемой массы из массопровода после насоса через задвижку (для регулирования потока вручную) направля­ ется по трубопроводу диаметром 100 мм в приемный бак прибора, откуда стекает обратно в бассейн. Чтобы предотвратить передачу вибрации основного массопровода, приемный бак подсоединяют через резиновый рукав. Для уменьшения транспортного запазды­ вания присоединительный массопровод должен быть по возможно­ сти коротким. Номинальный расход массы через приемный бак составляет от 0,007 до 0,01 м3/с. Температура массы должна быть в пределах от 10 до 70° С. При этих условиях, а также при условии корректировки показаний прибора на месте установки погрешность концентратомера не превышает ±0,03% массовой концентрации.

По виду регулирующего устройства регуляторы разделяются на два типа: модель 01 — с электронным регулирующим устройст­ вом и модель 02 — с пневматическим регулирующим устройством. Погрешность регулирования не превышает ±0,04% массовой кон­ центрации.

В регуляторе с электронным регулирующим устройством необ­ ходимый размер задаваемой концентрации устанавливается вруч­ ную задатчиком прибора. В измерительном первичном приборе имеется командный реостат, среднее положение ползуна которого отвечает заданному значению регулируемого параметра. Ползун реостата механически связан с измерительной частью прибора. Поэтому всякое отклонение концентрации от заданного значения сразу же сказывается на положении ползуна реостата, который отходит в этом случае соответственно изменению концентрации массы в ту или другую сторону от среднего положения. Напряже­ ние рассогласования поступает на вход фазочувствительного электронного усилителя регулирующего устройства и приводит к перемещению исполнительного механизма и регулирующего ор­ гана для изменения расхода разбавляющей массу оборотной воды.

Регулирующее устройство позволяет осуществить по выбору одно из следующих видов регулирования: пропорциональное, ин­ тегральное, пропорционально-интегральное, пропорциональное или пропорционально-интегральное регулирование с воздействием по первой производной. Выбор вида регулирования и настроек регу­ лирующего устройства зависит от динамических характеристик си­ стемы автоматического регулирования концентрации массы.

Диаметр регулирующего органа для установки на трубопро­ воде разбавляющей воды выбирается в зависимости от расхода

197

массы, возможного размера отклонения ее концентрации и давле­ ния оборотной воды. Давление воды должно быть по возможно­ сти постоянным по размеру. Резкие колебания расхода воды вслед­ ствие изменения давления или излишне большого коэффициента

щего устройства, входит пневматический регулирующий клапан, устанавливаемый на линии оборотной воды.

Передающий преобразователь концентратомера имеет индиви­ дуальное электрическое питание от сети переменного тока 220 В.

Достоинствами концентратомера являются его ремонтопригод­ ность, возможность свободного удаления передающего преобразо­ вателя из приемного бака без демонтажа последнего и широкий диапазон настройки по размеру измеряемой концентрации.

К недостаткам концентратомера следует отнести следующие: в результате длительной эксплуатации прибора или частых рез­ ких колебаний концентрации появляется остаточная деформация стального упругого подвеса в случае, когда прибор работает как

измеритель концентрации; конструктивно чистка приемного бака, особенно от целлюлозы,

затруднена; демпфирование колебаний ротора с приводом не является до­

статочно удовлетворительным; ненадежно крепится П-образный рычаг плунжера передающего

преобразователя дифференциально-трансформаторной системы пе­ редачи показаний;

постепенно, по мере работы на погруженную часть конуса на­ липает масса;

масляный демпфер ухудшает отвод тепла от электродвигателя, что приводит к его перегреву.

Для устранения некоторых недостатков концентратомера на предприятиях делают следующее: вместо упругого подвеса уста­ навливают стальной тросик привода подвижной системы электрон­ ного потенциометра или моста с дисковой диаграммой, а также измерительную спиральную пружину, расположенную вокруг тро­ сика и работающую на скручивание; вместо имеющегося демпфера устанавливают масляный катаракт (цилиндр, заполненный мас­ лом, имеющий поршень с отверстиями, через которые масло пере­ ливается из одной полости поршня в другую); периодически очи­ щают конус от массы.

что число оборотов чувствительного элемента изменяется в зави­ симости от концентрации массы. Кроме того, вместо электродви­ гателя применена водяная турбинка, а вместо дифференциально­ трансформаторной дистанционной передачи показаний — пьезо­ метрическая система измерения уровня воды с передачей показа­ ний сжатым воздухом.

198

Водяная турбинка состоит из сопла и колеса. Давление воды, подаваемой в сопло, поддерживается постоянным при помощи на­ порного переливного бачка, устанавливаемого на высоте 6 м над преобразователем. Скорость вращения конусной насадки и сосуда зависит от силы сопротивления, возникающей при вращении ко­ нуса в массе.

С лопастей турбинного колеса вода стекает в сосуд. При вра­ щении сосуда поверхность воды в нем принимает форму парабо­ лоида, кривизна которого зависит от скорости вращения. Увеличе­ ние скорости приводит к увеличению кривизны параболоида, более значи­ тельному удалению воды из сосуда вследствие возрастания центробежной силы и соответственно к понижению уровня жидкости в сосуде и измене­ нию подачи оборотной воды на раз­ бавление массы. Регулятор может быть использован для регулирования кон­ центрации в диапазоне 0,6—6%сточ- ностыо 0,02%. Он удобен и надежен

вработе.

Ре г у л я т о р к о н ц е н т р а ц и и

лона 4. Сильфон 7 совместно с корот­ кой капиллярной трубкой 8 и аналогичным сильфоном, уста­

новленным в пневматическом передающем преобразователе 9, об­ разуют передаточную систему размера перемещения оси на передающий преобразователь типа сопло — заслонка. Сильфоны и капилляр заполнены передаточной жидкостью. Сильфон пере­ дающего преобразователя имеет противодействующую пружину, изменением натяжения которой можно увеличивать или умень­ шать диапазон регулирования концентрации в широких пре­ делах.

При регулировании концентрации от 0 до 1,5% применяются

199

меньшую концентрацию рассчитано использование гребенчатого элемента. Между гребнями вращающегося элемента свойлачи­ вается слой массы, причем тем быстрее, чем больше в массе волокон, однако образующийся слой сразу сползает с концов зубьев. Во время перерывов в работе свойлоченная масса обычно прили­ пает к гребням элемента, поэтому требуется очистка его от массы. Ыа точность измерения влияет степень помола массы. Скорость массы и изменение скорости вращения элемента на точность из­ мерения влияют незначительно.

К пневматическому передающему преобразователю 9 присое­ диняется первичный прибор, например сильфонный манометр с ре­ гулирующим устройством. Регулирующий орган устанавливается на трубопроводе разбавляющей оборотной воды.

Этот регулятор имеет следующие преимущества: чувствительный элемент устанавливается непосредственно

в массном трубопроводе и регулятор измеряет концентрацию всего

Рис. 74. Измерительный и передаю­ щий преобразователи регулятора кон­ центрации со штопорным ротором,

проходящего потока, тогда как большинство других регуляторов измеряет концентрацию незначительного количества массы, отби­ раемого из потока;

при измерении отсутствует возврат массы в метальный бас­ сейн, следовательно, сокращается расход электроэнергии на ее перекачку;

запаздывание в показаниях незначительное, что способствует улучшению качества регулирования;

изменение скорости потока массы и вращения чувствительного элемента, а также трение в подшипниках элемента и образование слизи на стенках трубопровода не искажают результатов измере­ ния концентрации.

Кнедостаткам регулятора следует отнести: трудность' доступа

кчувствительному элементу для его очистки или замены; влияние на работу вибрации трубопровода, которая возникает из-за неис­ правности массного насоса; возможность резкого возрастания

погрешности измерения из-за увеличения трения в подшипниках в случае, если давление воды, подаваемой в подшипники, ока­ жется меньше давления массы в трубопроводе и масса забьет подшипники, и т. д.

200

Регуляторы концентрации массы, основанные на измерении усилий, действующих на обтекаемое массой тело. Чувствительный элемент первичного преобразователя регулятора устанавливается в массопроводе. Один из таких регуляторов в качестве чувстви­ тельного элемента имеет форму лопасти с хвостовиком. Это по­ зволяет измерять концентрацию по значению кажущейся вязкости массы.

При обтекании потоком массы чувствительного элемента возникают силы трения и соответствующий этим силам вращаю­ щий момент, под действием которого Лопасть поворачивается на угол очень небольшой, но достаточный для приведения в дей­ ствие пневматического передающего преобразователя регуля­ тора.

Регулятор обладает следующими преимуществами: чувствительный элемент устанавливается непосредственно

в массном трубопроводе; вследствие особой формы чувствительного элемента при изме­

нении скорости потока в 5 раз выходной сигнал передающего пре­ образователя изменяется не более чем на ±1,5%;

особая форма чувствительного элемента исключает забивание массного трубопровода в месте установки первичного преобразо­ вателя, вследствие чего регулятор надежно работает как при регу­ лировании концентрации мелковолокнистой древесной массы, так и при регулировании концентрации длинноволокнистой хлопковой массы, бумажной и тряпичной макулатуры.

Регулятор может применяться для регулирования концентра­ ции массы в диапазоне 2—7%.

В другом регуляторе концентрации массы чувствительным эле­ ментом первичного преобразователя является цилиндрический трубчатый зонд, находящийся в массопроводе и обтекаемый пото­ ком массы. Под воздействием динамического напора потока массы зонд деформируется, причем в определенном диапазоне скоростей потока значение динамического напора в основном определяется концентрацией массы.

Внутри зонда размещены четыре тензометра, соединенных в мостовую схему и образующих электрический передающий пре­ образователь регулятора концентрации. Вследствие влияния ско­ рости потока на результат измерения преобразователь после его установки на рабочее место нуждается в индивидуальной градуи­ ровке (определение градуировочной характеристики).

Регулятор может быть использован для регулирования кон­ центрации в диапазоне 2—8% с точностью до ±20,1% сухой цел­ люлозы.

Регулятор концентрации, действующий по перепаду давления на участке массопровода. При постоянном расходе массы потеря давления на прямолинейном участке трубопровода зависит от кон­ центрации массы: чем выше концентрация, тем больше перепад давления. Это явление успешно используется для измерения и ре­ гулирования концентрации массы.

201

На рис. 75 приведена функциональная технологическая схема автоматического регулирования концентрации по перепаду давле­ ния на прямолинейном участке трубопровода. В данном случае для измерения концентрации используется специально установлен­ ная труба диаметром не менее 50 мм. Масса в трубу отбирается от нагнетательной линии и возвращается во всасывающую линию насоса.

На трубе на расстоянии 5—6 м один от другого берутся отборы перепада давления к обычному дифманометру-расходомеру с пневматическим или электрическим передающим преобразовате­ лем для передачи показаний на регулирующий прибор с ПИ-регу-

Рис. 75. Функциональная технологическая схема автоматического регулирования концентрации по перепаду давления на прямолинейном участке трубопровода

лирующим устройством (поз. 3). При отклонении концентрации от задания регулирующий орган будет изменять подачу из напор­ ного бака разбавляющей оборотной воды. Уровень в баке поддер­ живается поплавковым П-регулятором уровня (поз. 1). Расход массы в трубе контролируется расходомером переменного пере­ пада, состоящим из мембранного или сильфонного дифманометра с пневматическим или электрическим передающим преобразовате­ лем, сегментной диафрагмы и прибора с ПИ-регулирующим уст­ ройством (поз. 2). При отклонении расхода массы в трубе от за­ дания изменяется степень открытия регулирующего органа, установленного за сегментной диафрагмой и имеющего пневмати­ ческий или электрический исполнительный механизм.

В качестве регулирующих органов чаще всего используются диафрагмовые исполнительные устройства и поворотные заслонки, так как обычные регулирующие клапаны забиваются массой.

202

К соединительным трубкам, подходящим к дифманометрам, немного выше их запорных вентилей подсоединяются водяные ли­ нии для периодического промывания соединительных трубок. В .результате промывки трубок они оказываются заполненными водой. Система промывки водой обеспечивает надежную работу измерителей и регуляторов.

В этом случае на результаты измерения концентрации большое влияние оказывают многочисленные факторы, воздействие которых возрастает с уменьшением диаметра трубопровода. Так, при по­ стоянной скорости потока массы и постоянной ее концентрации увеличение температуры массы от 20 до 50° С приводит к умень­ шению перепада давления в 2 раза. Кроме того, при одной и той же скорости потока одному и тому же размеру перепада со­ ответствуют разные значения концентрации. Отмеченные недо­ статки допускают использование таких измерительных систем лишь в узких пределах от 1 до 1,5% концентрации массы.

При определенных условиях более рациональным является измерение перепада давления на участке непосредственно основ­ ного массопровода, так как при этом не требуется байпасной трубы и регулятора расхода массы и значительно снижается воз­ действие влияющих физических величин.

Условия эти следующие: массопровод имеет диаметр не менее 250 мм; колебания расхода массы не превышают 15—20% от нор­ мального расхода (при котором производилась наладка измери­ тельной системы); скорость движения массы по массопроводу составляет 1—2,5 м/с; давление массы в массопроводе постоянно по размеру.

В этих условиях регуляторы применяют в диапазоне 2—4% . концентрации с отклонениями не более ±0,15% концентрации. Точность регулирования зависит от соблюдений требований вы­ бора, монтажа, настройки и эксплуатации регуляторов, причем в последнем решающее значение имеет сохранение постоянства размеров физических величин, определяющих состояние протекаю­ щей древесной, бумажной или целлюлозной массы. При концен­ трации до 2% перепад давления на массопроводе становится не­ большим и избирательная чувствительность становится недоста­ точной, вследствие чего возрастает относительное воздействие влияющих физических величин и измерение оказывается неопре­ деленным.

Регулирование концентрации по мощности электропривода ме­ шалки массы. В целлюлозном производстве для регулирования концентрации массы в больших емкостях (выдувной резервуар сульфатного производства, башни отбелки и др.) широко приме­ няются регуляторы, изменяющие подачу разбавляющей жидкости

взависимости от изменения мощности электропривода мешалки. Мощность электродвигателя привода в процессе перемешивания массы изменяется соответственно изменению концентрации массы

вобъекте регулирования: чем выше концентрация, тем большую мощность затрачивает электродвигатель на перемешивание массы.

203

Зависящий от концентрации реактивный крутящий момент для всех видов массы допускает надежные измерения вплоть до кон­ центрации 1 —1,5%, выше которой начинают значительно сказы­ ваться влияющие физические величины. В этих регуляторах име­ ется измерительный преобразователь электрической мощности в давление сжатого воздуха, в зависимости от размера которого

ПИ-регулирующее устройство изменяет расход разбавляющей жидкости.

Регуляторы композиции массы с расходомерами. Целью авто­ матического регулирования композиции бумажной массы является получение массы необходимого состава соответственно виду вы­ рабатываемой бумаги или картона. Для этого в машинный (мешальный) бассейн непосредственно или через промежуточные, композиционные, бассейны подаются в определенном соотношении потоки компонентов и надежно перемешиваются для образования однородной (в пределах бассейна) массы. Хорошее перемешива­ ние достигается также, если два потока вводятся в один трубопро­ вод. Обязательным условием этого процесса является не только высококачественная работа применяемых регуляторов компози­ ции, но и наличие постоянства концентрации каждого из смеши­ ваемых потоков.

Наиболее современным способом получения однородной массы является регулирование ее композиции с применением автомати­ ческих расходомеров постоянного или переменного перепада или с использованием электромагнитных расходомеров. В каждом случае регулирование осуществляется не одним, а несколькими регуляторами, составляющими сложную систему непрерывно дей­ ствующих регуляторов соотношения различных компонентов бу­ мажной массы. Поскольку работа всех этих регуляторов подчи­ нена одной задаче — поддержанию постоянства состава массы,— допустимо называть весь комплекс регуляторов — регулятором композиции.

На рис. 76 приведена функциональная технологическая схема системы регулирования композиции массы с применением рота­ метров. В композицию бумажной массы в данном случае входят сульфитная целлюлоза, древесная масса, каолин, клей и краска. Главным регулятором системы является ПИ-регулятор. уровня массы поз. 1 в машинном бассейне, который косвенно реагирует на изменения производительности бумагоделательной машины. При увеличении потребления массы уровень в бассейне понижа­ ется. Регулятор несколько открывает регулирующий клапан и прибавляет подачу сульфитной целлюлозы.

В системе имеется еще четыре ПИ-регулятора соотношения: древесная масса — целлюлоза поз. 3, каолин — целлюлоза поз. 4, клей — целлюлоза поз. 5 и краска — целлюлоза поз. 6. На вход каждого из этих регуляторов подается выходной сигнал (давление сжатого воздуха) передающего преобразователя ротаметра, изме­ ряющего расход сульфитной целлюлозы. В вышеуказанном случае каждый из регуляторов соотношения прибавит расход соответст­

204

вующего компонента. По окончании процесса регулирования уро­ вень в бассейне придет к заданному значению.

В начале процесса регулирования, когда перемещается только регулирующий клапан регулятора уровня и изменяется расход целлюлозы, композиция подаваемой в бассейн массы несколько не соответствует принятой или заданной композиции. Однако та­ кое несоответствие быстро исчезает благодаря действию остальных

Рис. 76. Функциональная технологическая схема системы ре­ гулирования композиции массы с применением ротаметров

регуляторов. Ввиду того, что возмущающие воздействия по рас­ ходу массы из бассейна во времени имеют разные знаки, указан­ ные небольшие отклонения концентрации взаимно компенси­ руются.

На щите регулятора композиции размещаются приборы, пока­ зывающие уровень в бассейне поз. 1, а также расходы целлюлозы поз. 2, древесной массы поз. 8, каолина поз. 9, клея поз. 10 и краски поз. 7. Кроме того, расходы каждого из компонентов учи­ тываются интегрирующими приборами.

Для обеспечения надежной работы ротаметров нельзя допу­ скать попадания контролируемой древесной или целлюлозной

205

массы, а также оборотных отходов, волокон внутрь антимагнитной трубки, в которой помещается плунжер ротаметра. С этой целью в верхнюю часть трубки непрерывно подается свежая вода, дав­ ление которой больше давления массы. Расход воды невелик и контролируется отдельным стеклянным ротаметром. Свежая вода непрерывно промывает антимагнитную трубку и не допускает забивания ее массой.

На рис. 77 приведена функциональная технологическая схема системы регулирования композиции массы с применением рота­ метров и расходомеров переменного перепада — труб Вентури в комплекте с дифманометрами. Такая система регулирования применяется при отсутствии ротаметров, рассчитанных на изме­ рение значительных расходов.

ПИ-регулятором расхода поз. 2 поддерживается на заданном значении постоянный расход целлюлозы с корректировкой по уровню в бассейне поз. 1, для чего используется блок соотноше­ ния. Измеряется также в бассейне уровень оборотных вод поз. 3

чего расходы глинозема, клея и краски измеряются ротаметрами. На щите устанавливаются приборы, показывающие и учитываю­ щие расход этих веществ, а также показывающие и записываю­ щие уровни в бассейнах.

Недостатками этой системы являются сложность настройки регуляторов, отсутствие автоматической коррекции по производи­ тельности бумагоделательной машины, необходимость наличия прямых участков массопроводов для установки труб Вентури и др.

Наиболее целесообразным для указанных целей является при­ менение электромагнитных расходомеров. Системы регулирования композиции с использованием электромагнитных расходомеров могут быть различны. На рис. 78 приведена одна из подобных систем, состоящая из двух не связанных между собой контуров регулирования. Один контур состоит из ПИ-регулятора расхода массы (поз. 5), подаваемой к машине, который посредством ПИрегулятора соотношения (поз. 6) корректирует расход оборотных вод. В другой контур входят три ПИ-регулятора соотношения, стабилизирующих расходы целлюлозы (поз. 2), древесной массы (поз. 3) и каолина (поз. 4) в зависимости от высоты уровня (поз. 1) приготовленной массы в машинном бассейне. В системе регулирования стабилизируется также концентрация массы

(поз. 7).

Эта система наиболее перспективна. Любые изменения рас­ хода массы на выработку бумаги либо вследствие повышения или понижения производительности машины, либо из-за корректи­ ровки массы 1 м2 бумажного полотна приводят к изменению

206