Исследование и разработка системы косвенного индукционного нагрева при производстве пенополистирольных плит

• Автор: Крылов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Проблема создания системы индукционного нагрева при производстве пенополистирольных плит
1.1. Особенности процесса получения пенополистирольных плит методом экструдирования
1.2. Конструкция и оборудование технологической линии производства пенополистирольных плит
1.3. Особенности технологического процесса при производстве пенополистирольных плит методом экструзии
1.3.1. Анализ методов нагрева полистирола в экструдере
1.4. Обзор методов идентификации процессов индукционного нагрева
1.5. Задача оптимального проектирования конструкции и режимов работы экструзионной линии с индукционным нагревом
Идентификация процесса косвенного индукционного нагрева полистирола
2.1. Общая структура объекта идентификации
2.1.1. Энергетический баланс в экструзионной линии
2.2. Гидродинамический анализ стационарного режима течения расплавленного полистирола
2.3. Математическая модель процессов косвенного индукционного
нагрева
2.3.1 Особенности математической модели процессов
тепломассопереноса для различной фазы загрузки
2.4. Конечно - элементная модель электромагнитного поля
2.5. Алгоритм совместного расчета электромагнитных и тепловых
полей
Анализ электромагнитных и тепловых полей и оптимизация частоты
системы « источник питания - индуктор »
3.1. Расчет и анализ электромагнитных полей объекта
3.2. Расчет и анализ температурных полей в слое полистирола
3.3. Выбор оптимальной частоты источника питания
4. Исследование динамических свойств объекта управления
4.1. Структурная схема объекта управления
4.2. Аппроксимация передаточной функции объекта управления на основе переходных функций
4.3. Аналитическая аппроксимация передаточной функции объекта
5. Синтез системы автоматического управления
5.1. Анализ возмущающих воздействий в системе
5.2. Синтез системы автоматического регулирования температуры
5.3. Реализация системы автоматического управления
Заключение
Библиографический список
Диссертация посвящена разработке и исследованию конструкции и режимов работы индукционных нагревателей непрерывного действия в установках по производству пенополистирольных блоков.
Актуальность проблемы: В строительной, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для обработки реакционных масс, при производстве теплоизоляционных плит методом экструзии, при изготовлении строительных мастик для мягкой кровли и дорожных покрытий на базе продуктов нефтепереработки, при транспортировке нефти и нефтепродуктов находят все более широкое применение теплообменные аппараты непрерывного действия с индукционным нагревом до температур в интервале 5(Н-600°С.
Опыт применения индукционных установок для нагрева неэлектропроводных жидких и сыпучих материалов показывает, что они являются перспективными по ряду важнейших признаков. По сравнению с другими видами нагрева индукционный нагрев обладает рядом преимуществ, которые заключаются в экономичности, избирательности и высокой интенсивности нагрева. Однако на пути реализации преимуществ индукционного нагрева возникает ряд специфических проблем. К их числу относится проблема разработки и реализации конструкции нагревателя с оптимальными энерготехнологическими характеристиками и систем управления, обеспечивающих высокое быстродействие и точность температурного распределения по рабочим зонам много секционного теплообменного аппарата.
Внедрение эффективных технологий, использующих индукционный нагрев, требует предварительного исследования процессов методами физического и математического моделирования. В настоящей работе за основной технологический параметр рассматриваемой системы принимается температурное распределение в движущемся потоке неэлектропроводного материала, нагреваемого посредством теплопередачи от промежуточного тепловыделяющего цилиндра. Моделирование процессов теплопередачи при индукционном нагреве системы

а - коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции;
- температура наружной поверхности изолированного корпуса и головки;
- температура окружающей среды.
Определение потерь Qnom можно вести отдельно для корпуса и головки. Температура может быть обеспечена при наличии соответствующей тепловой изоляции корпуса или головки, расчет толщины которой производится на основе данных теплопроводности через цилиндрическую стенку.
Количество тепловой энергии <2г, подведенной извне к корпусу головки:
* а=е.с.('.-0 (2Л6>
где - конечная температура полимера после выхода из головы, в °С;
/г - температура полимера перед входом в головку в °С. Теплосодержание выходящего из головки полимера может несколько повыситься по сравнению с определяемым по уравнению (2.16) за счет выделения тепла при прохождении полимера через головку. Так как выделение тепла в данном случае незначительно, то им можно пренебречь.
На основании проведенных расчетов суммарная мощность нагревателей, необходимая для обеспечения процесса экструзии с учетом тепла внутреннего
* тепловыделения за счет энергии сдвига и тепла, вносимого водой, составляет
7,6 кВт. Для первоначального включения и разогрева линии экструдирования, а также для обеспечения запаса мощности принимаем суммарную мощность нагревателей 25 кВт. Мощность индукторов по зонам распределяется следующим образом: мощность первого индуктора - 8 кВт, мощность второго индуктора - 6 кВт, мощность третьего индуктора - 6 кВт, мощность четвертого индуктора - 5 кВт