Повышение эффективности процесса сушки путем совершенствования рабочих органов, системы контроля и управления зерновых сушилок

• Автор: Андрианов, Николай Михайлович
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 456 с. : ил.

Введение

1 Состояние проблемы и задачи исследования

1.1 Современное состояние технологии и техники сушки зерна в сельскохозяйственном производстве.
1.2 Методы оптимизации процесса сушки в зерновых сушилках сельскохозяйственного назначения.

1.2.1 Совершенствование технологии сушки и рабочих органов зерновых сушилок.

1.2.2 Совершенствование алгоритмов и систем контроля и управления процессом сушки.

1.3 Обзор результатов идентификации сушильных агрегатов

и их систем управления.

1.3.1 Результаты экспериментальных исследований процесса сушки .

1.3.2 Обзор математических моделей зерновых сушилок

и формулирование требований к модели.

1.4 Постановка цели и задач научного исследования
2 Математическое описание процесса сушки в зерновых сушилках сельскохозяйственного назначения.
2.1 Модель функционирования зерновых сушилок и постановка
задачи оптимизации процесса сушки
2.2 Построение обобщенной математической модели процесса
сушки в зерновых сушилках
2.2.1 Методика построения математической модели
процесса сушки.
2.2.2 Математическая модель процесса сушки в элементарном зерновом слое
2.2.3 Математическая модель процесса сушки в типовых
зерновых слоях.
2.2.4 Математическая модель процесса сушки в сушильной
камере зерновых сушилок
2.2.5 Обоснование вида выражений для аппроксимации коэффициентов тепло и массопереноса.
2.2.6 Задание начальных условий функционирования и стохастической составляющей математической модели
процесса сушки зерновых сушилок.
2.3 Методика идентификации коэффициентов математической
модели процесса сушки взерновых сушилках
2.4 Алгоритмизация математической модели процесса сушки
в зерновых сушилках.
2.4.1 Методика построения стационарных режимов сушки в зерновых сушилках.
2.4.2 Методика построения частотных характеристик
зерновых сушилок.
2.4.3 Методика построения передаточных функций
зерновых сушилок.
2.4.4 Методика построения нестационарных режимов сушки
в зерновых сушилках.
3 Экспериментальные исследования процесса сушки в зерновых сушилках.
3.1 Задачи и программа экспериментальных исследований.
3.2 Экспериментальные установки и методика проведения исследований.
3.2.1 Исследование условий и процессов функционирования
зерновых сушилок.
3.2.2 Исследование зерновых сушилок методами активного эксперимента.
3.3 Результаты экспериментальных исследований зерновых сушилок
3.3.1 Результаты исследования условий и процессов функционирования зерновых сушилок
3.3.2 Результаты исследования зерновых сушилок методами активного эксперимента.
4 Совершенствование распределения теплоносителя в шахтных зерносушилках.
4.1 Математическое и физическое моделирование течения теплоносителя.
4.2 Разработка и экспериментальная проверка мероприятий, направленных на повышение равномерности распределения теплоносителя в камере сушки
4.2.1 Обоснование метода улучшения аэродинамической обстановки в камере сушки.
4.2.2 Экспериментальная проверка мероприятий, направленных на повышение равномерности распределения теплоносителя
в камере сушки
4.3 Результаты испытания шахтной зерносушилки с
модернизированной системой распределения теплоносителя
5 Оптимизация зерновых сушилок методами математического моделирования.
5.1 Настройка математической модели сушки зерна и оценка е вычислительной корректности.
5.2 Идентификация статических и динамических характеристик зерносушилок методами математического моделирования.
5.2.1 Статические и динамические характеристики зерносушилок шахтного типа.
5.2.2 Статические и динамические характеристики зерносушилок барабанного типа
5.3 Численный эксперимент и методы оптимизации стационарных
Л режимов зерновых сушилок
5.3. Анализ процесса сушки и методы оптимизации
стационарных режимов в шахтных зерносушилках
5.3.2 Анализ процесса сушки и методы оптимизации
стационарных режимов в барабанных зерносушилках.
5.4 Оптимизация нестационарных режимов зерновых сушилок.
5.4.1 Моделирование и оптимизация нестационарных режимов
в шахтных зерносушилках.
5.4.2 Моделирование и оптимизация нестационарных режимов
в барабанных зерносушилках
6 Практическая реализация результатов исследования.
6.1 Реализация предложений по совершенствованию технологии
сушки и рабочих органов зерновых сушилок
6.1.1 Совершенствование алгоритма рециркуляции теплоносителя .
6.1.2 Совершенствование распределения теплоносителя
в шахтных сушилках
6.2 Реализация системы контроля и регулирования температуры теплоносителя топочного агрегата
6.3 Реализация системы контроля и регулирования
температуры зерна .
6.4 Реализация алгоритмов и систем контроля и управления
процессом сушки.
6.4.1 Алгоритм и система сосредоточенного контроля
и управления процессом сушки
6.4.2 Алгоритмы и системы распределенного контроля
и управления процессом сушки
Основные выводы и рекомендации.
Список литературы


Полученная информация характеризует их как нелинейную, инерционную динамическую систему со значительным запаздыванием по каналам преобразования управляющих и возмущающих воздействий, с коэффициентами передачи и параметрами передаточных функций, зависящими от режима сушки. На этапе разработки многомерных систем появилась необходимость в выявлении степени и характера взаимной связи процессов, их нелинейных свойств, зависимости от режима сушки и характеристик обрабатываемого материала. Наиболее подробно результаты исследования характеристик зерносушилок представлены в работах В. И. Анискина, Г. А. Гуляева, Н. В.П. Елизарова, В. Р. Крауспа, Л. В. Колесова, И. Э. Мильмана, В. Н. Опишанского, Н. И. Позднякова, А. М. Сеникова и др. Установлено, что камера сушки является нелинейным, многосвязным динамическим объектом, свойства которого зависят от режима сушки и характеристик обрабатываемого материала. По каналам преобразования возмущающих воздействий камера аппроксимируется усилительным звеном с чистым транспортным запаздыванием. По каналам преобразования управляющих воздействий большинство авторов аппроксимируют камеру апериодическим динамическим звеном первого или второго порядка с запаздыванием. Фактором, оказывающим наибольшее влияние на динамические характеристики камеры, является экспозиция сушки, влияние температуры теплоносителя и характеристик обрабатываемого материала меньше. К сожалению, в большинстве источников сведения о статических характеристиках камеры сушки приведены в виде однофакторных зависимостей и не дают полного представления о взаимном влиянии одновременно действующих факторов. Динамические характеристики большинство авторов приводят в виде передаточных функций с коэффициентами, изменчивость которых задана лишь диапазоном их изменения. Указывается качественная зависимость коэффициентов от параметров сушки, но зависимостей, отражающих их количественную связь, не приводится. Лишь в работах Г. А. Гуляева 0, 1 приведены сведения о зависимости коэффициентов передаточных функций шахтной сушилки от экспозиции сушки. При разработке систем распределенного контроля и управления важна информация о реальном распределении поля температуры и влажности зерна по высоте длине камеры сушки. Большинство исследований, посвящнных изучению кинетики сушки, выполнено на лабораторных установках кассетного типа в неподвижном зерновом слое 5, 7, 9, 9. Однако в реальных сушилках условия сушки отличаются от моделируемых, что обусловлено подвижностью зернового слоя и изменчивостью его теплофизических и механических характеристик в процессе обезвоживания. Из немногочисленных публикаций, посвященных экспериментальным исследованиям кинетики рабочего процесса в камерах сушки, можно выделить работы Г. А. Гуляева, Л. В. Колесова, А. М. Сеникова, Н. И. Позднякова и др. Однако большинство из них посвящено исследованию барабанных сушилок. Кинетика нагрева и сушки зерна, е закономерности и характер влияния внешних воздействий в шахтных сушилках изучены не достаточно. Сведения о пространственном распределении поля температуры и влаж
ности зерна в горизонтальном сечении шахтной сушилки представлены в работах Г. А. Гуляева, Л. В. Колесова, Г. С. Миттельмана, Б. Д. Цыдендоржиева и др. Представленные данные свидетельствуют о значительном разбросе параметров сушки в горизонтальном сечении, превышающем агротехнические требования 7. Из экспериментальных исследований, посвященных идентификации динамических свойств шахтной сушилки как распределнной динамической системы, можно отметить только работы Л. В. Колесова, А. И. Александрова, В. Л. Образцова и др. Однако представленной в рабо
тах информации недостаточно для надежных выводов о динамической структуре камеры сушки. Таким образом, из анализа выше перечисленных работ следует, что как распределнный динамический объект шахтная сушилка изучена не в полной мере, не достаточно информации о взаимных связях процессов, степени и характере их нелинейности, все это сдерживает дальнейшую разработку рациональных алгоритмов контроля и управления е рабочим процессом.