【正文】 1 12iTT G c G cK F G c? ??? ???????? （ 17） 該式表明， 1iT? 與 1oT? 之間為線性關(guān)系，其靜態(tài)放大倍數(shù)為小于 1的常數(shù)。靜態(tài)特性的求得，可以作為控制方案設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的擾動(dòng)分析?？紤]經(jīng)濟(jì)性 ，旁路的流量通常占總流量 的 10%～ 30%。 2) 控制載熱體旁路流量 【 4】流量控制 當(dāng)載熱體本身也是一種工藝物料，其流量不允許變化時(shí)，可采用此控制方 11ioTT? 案。 其控制原理可通過熱量平衡方程和傳熱速率方程來分 析。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等 非金屬材料 以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等 金屬材料 制成。 2．撰寫課程設(shè)計(jì)說明書一份（ A4 紙）。中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 中北大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 學(xué)生姓名： 馬沖 學(xué) 號(hào)： 1002034306 學(xué) 院： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： 換熱器出口溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 高強(qiáng) 職稱 : 副教授 陸輝山 職稱 : 副教授 2020年 12 月 30 日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 中北大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2020/2020 學(xué)年第 1 學(xué)期 學(xué) 院： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 馬沖 學(xué) 號(hào)： 1002034306 課程設(shè)計(jì)題目： 換熱器出口溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 2020 年 12 月 30 日～ 2020 年 1 月 10 日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 中北大學(xué) 指 導(dǎo) 教 師： 高強(qiáng) 陸輝山 系 主 任： 黃晉英 下達(dá)任務(wù)書日期 : 2020 年 12 月 30 日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1．設(shè)計(jì)目的： （ 1）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用過程檢測(cè)儀表與控制技術(shù)及其他相關(guān)課程的知識(shí) ，結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決實(shí)際過程控制的問題，初步具備設(shè)計(jì)一個(gè)過程控制系統(tǒng)的能力。 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 (論文 )、圖紙、實(shí)物樣品等〕： 1． 確定系統(tǒng)整體控制方案、 儀表選型、 系統(tǒng) 控制流程圖、 選擇控制算法。換熱器的分類比較廣泛： 反應(yīng)釜 壓力容器 冷凝器 反應(yīng)鍋 螺旋板式換熱器 波紋管換熱器 列管換熱器 板式換熱器 螺旋板換熱器 管殼式換熱器 容積式換熱器 浮頭式換熱器 管式換熱器 熱管換熱器 汽水換熱器 換熱機(jī)組 石墨換熱器 空氣換熱器 鈦換 熱器 換熱設(shè)備 ，要求制造換熱器的材料具有抗強(qiáng)腐蝕性能。 1) 控制載 熱 體流量 這個(gè)方案的控制流程 如圖 2。當(dāng)載熱體流量已經(jīng)變得很大， 11ioTT? 較小時(shí)，進(jìn)入飽和 區(qū)控制就很遲迍，此中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 3 時(shí)不宜采用此方案。但需 注意 的 是換 熱 器必須 有較 大余量 的傳 熱面積 ，且 載熱體一直 處于最 大流 量，因 此在 通過換 熱器 的 被加 熱 介質(zhì)流量較小時(shí)就不太經(jīng)濟(jì)。 【 3】自動(dòng)控制原理傳遞函數(shù)部分 對(duì)象的靜態(tài)特性就是要確定 1 1 2 1 2o i iT T T G與 、 、 、 G之間的函數(shù)關(guān)系。其中各通道的靜態(tài)放大倍數(shù)均可由此式推出： 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 5 (l)熱流體入口溫度 1iT 對(duì)出口溫度 1oT 的影響，即 11ioTT? ?? 通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。同樣可通過對(duì)式 (15)求導(dǎo) 11odTdG ，其結(jié)果與式（ 19）相似，兩者為一復(fù)雜的非線性關(guān)系。 傳熱系數(shù) K和比熱容 c為常數(shù) 。 1Mdl — 微元體的質(zhì)量 消去方程式中的 dl ，并適當(dāng)?shù)恼?，得? ? ? ? ? ? ? ? ?111211 1 1, ,T l t T l tM KA T l t T l tG t l G c??? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ????? ? ? ? （ 111） 同理，可得流體的熱量動(dòng)態(tài)平衡方程式 ? ? ? ? ? ? ? ?222122 2 2, ,T l t T l tM KA T l t T l tG t l G c??? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ????? ? ? ? （ 112） 時(shí)間和空間的邊界表達(dá)式為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?1 1 2 21 1 1 12 2 2 2, 0 , , 00 , , 1 ,0 , , 1 ,iooiT l T l T l T lT t T t T t T tT t T t T t T t????????? （ 113） 上述兩個(gè)方程式（ 111）和 （ 112） 及其邊界條件 （ 113） 就是描述列管式換熱器行為的動(dòng)態(tài)方程。 s — 拉普拉斯運(yùn)算子符號(hào)。假設(shè)熱流體溫中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 9 度由 80℃降低到 40℃，則根據(jù)以下數(shù)據(jù) : 水的比熱 ? ?12 1 / .c c kcal kg C?? 水的密度取 3/kg m ， 40℃時(shí)水的密度為 3/kg m 。 通過對(duì)被控對(duì)象特性的研究以及對(duì)現(xiàn)有的常用的控制方法的分析 【 5】 ，現(xiàn)擬采用比值控制對(duì)換熱器的出口溫度進(jìn)行 控制。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。 其控制流程圖為： 輸出 2vq —— 比值器 溫度檢測(cè)變送器1LMG 溫度檢測(cè)變送器 2LMG 溫度控制器FC 調(diào)節(jié)閥 vG 被控對(duì)象1pG 擾動(dòng) 1dG 1vq 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 11 圖 6 控制系統(tǒng)流程圖 三． 儀表的選型及參數(shù)的確定 流量測(cè)量?jī)x 選用 SKLUCB 型插入式渦街流量計(jì)，如圖所示： 圖 7 插入式渦街流量計(jì) 工作原理： 按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 IS07145(在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測(cè)定 — 在截面一點(diǎn)的速度測(cè)量法 )，采用埋 入壓電晶體的渦街測(cè)速探頭，插入大口徑工業(yè)管道內(nèi)，將卡門旋渦頻率轉(zhuǎn)換為與流量成正比的電流或電壓脈沖信號(hào)或 4～ 20mADC 電流信號(hào)。配用不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為普通型和 電子型兩種。控制精度較好，實(shí)施起來也