Теоретические основы иерархической системы управления с детерминированной математической моделью процессом экструзии полимеров в производстве кабелей

• Автор: Ковригин, Леонид Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 280 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Особенности управления процессом экструзии полимеров

1.2. Анализ математических моделей процесса экструзии

1.3. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МНОГОУРОВНЕВОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ЭКСТРУЗИИ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

2.1. Технологический процесс производства кабелей с полимерной изоля

2.2. Классификация технологического объекта.

2.3. Синтез системы автоматизированного управления

2.4. Алгоритм управления технологическим режимом

2.5. Моделирование температурного поля экструдера.
2.6. Режим супервизора с квитированием
2.6. Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КООРДИНАТ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИИ.
3.1. Принятые допущения в математической модели экструдера
3.2. Нагрев движущегося полимера в зоне загрузки
3.3. Тепломассоперенос в зоне задержки плавления.
3.4. Фазовый переход в зоне плавления.
3.5. Тепломассоперенос в зоне дозирования и формующем инструмен
3.6. Алгоритм решения системы нелинейных дифференциальных
уравнений.
3.5. Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ИЗОЛИРУЕМОГО ПРОВОДА
4.1 Исследование механических свойств полиэтиленовой изоляции
4.2.Температурное поле охлаждаемого изолированного провода
4.3.Возникновение механических напряжений в изоляции во время охлаждения
4.4.Разработка способов охлаждения изоляции.
4.5.Экспериментальное подтверждение результатов моделирования
4.6. Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КАБЕЛЯ В НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЕ ЧЕТВЕРТОГО УРОВНЯ УРАВЛЕНИЯ.
5.1. Температурное поле кабеля в нефтяной скважине.
5.2. Прогнозирование разрушения дефектной изоляции.
5.3. Моделирование условий эксплуатации кабелей
5.4. Выводы по главе 5.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Для переработки полимерных материалов из гранул в готовое изделие широко используются пластицирующие экструдеры. Выбор рациональных режимов их работы невозможен без глубокого понимания процессов тепломассообмена при переработке полимеров. Первой функциональной зоной в пластицирующем экструдере является зона загрузки. Полимер в этой зоне существует только в твердом состоянии. На первых 1,5-2 витках гранулы полимера уплотняются и продвигаются далее как монолитная пробка с постоянной скоростью [5, 6]. Экспериментальные исследования движения твердой недеформируе-мой пробки в загрузочной зоне проводились, начиная с -х годов [7-2]. Авторами было установлено, что давление, развиваемое в пределах зоны загрузки, возрастает по длине канала и достигает значительных величин. В работе [3] Тадмор исследовал влияние температуры корпуса и основных параметров режима на длину зоны загрузки. В результате был сделан вывод о том, что длина зоны не ограничивается сечением, в котором температура стенки корпуса достигает температуры плавления, фактическая длина зоны загрузки несколько больше. В [0,4] расчет давления основывался на уравнении баланса сил, действующих на элемент длины пробки, но при этом не учитывалось анизотропное распределение давления в пробке и влияние тангенциальной составляющей силы трения, действующей между внутренней поверхностью корпуса и полимером. Экспериментальные работы [5, 6] , посвященные исследованию поведения полимерного материала при уплотнении, позволили для ряда полимеров количественно определить величину отношения нормального и ра-диачьного напряжений. Последнее было учтено в работах Тадмора, Гогоса и Бортникова [, 9, 0] . В [9] в математическую модель введен переменный по высоте канала угол подъема винтовой линии. Басовым с соавторами в [ 2] для определения развиваемого давления в твердой пробке по длине канала рассмотрено равновесное состояние элемента в напряжениях. Недостатком такого подхода является затруднительность в определении краевого условия по напряжениям в конце зоны загрузки. В работах [, 3] в отличие от предыдущих моделей в зоне загрузки рассмотрен канал переменной геометрии. Длина зоны загрузки определялась из решения нестационарного уравнения теплопроводности. Экспериментальные исследования представлены в [2, 5]. Математическое моделирование зоны загрузки осложняется необходимостью экспериментального определения ряда параметров, входящие в уравнения и расчетные формулы. Процесс плавления полимера в канале экструдера в значительной мере определяет характеристики расплава на входе в формующую головку и энергозатраты на вращение шнека и нагрев экструдера. Первая работа по экспериментальному исследованию процесса плавления относится к году. Маддоком [1 проводились эксперименты с термопластичными материалами на различных типах экструдеров. Для получения необходимой информации экструдер выводился на стационарный режим работы, затем осгановливался и охлаждался, после чего шнек извлекался вместе с полимером. Изучение срезов материала в различных сечениях по длине канала позволило сформулировать первое представление о характере процессов плавления. Маддок пришел к выводу, что механизм плавления в винтовом канале является общим для всех типов шнека и исследуемых материалов. Суть механизма плавления состоит в следующем: твердые частицы прикасаются к внутренней горячей поверхности корпуса, плавятся и одновременно продвигаются вперед. Сначала расплавленный полимер размазывается по внутренней поверхности корпуса, постепенно пленка расплава растет, достигая размеров зазора между гребнем шнека и корпусом. В результате толкающего действия гребня полимер продвигается вперед. Не расплавленный материал сосредотачивается у толкающего гребня. По мере плавления материала ширина бассейна расплава растет, сокращая размера твердого слоя. Механизм плавления, описанный в [] был подтвержден Стритом [8] на основании аналогичных экспериментов на ряде других полимеров. Этот же механизм плавления был заложен в основу первых теоретических моделей пластицирующих экструдеров, разработанных Тадмором.