Автоматизация камерных установок малой производительности для термической обработки продуктов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

664.95.036.521

АВТОМАТИЗАЦИЯ КАМЕРНЫХ УСТАНОВОК

МАЛОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ -ит ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРОДУЩОВ

А. П. ГРИЙАСОВ, С. П. СЕРДОБИНЦЕВ, П. УСТ^Ч

Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства

При разработке надежной и простой в эксплуатации установки термической обработки с единовременной загрузкой до 300 кг продукта (рыЗа, сосиски, колбаса и т.д.) целью работы было создание системы автоматизации, обеспечивающей поддержание заданпогЬ технологического регламента их обработки в производственных условиях, а также отработку технологии при создании новой продукций. В основу выбора структуры автоматизации установки положен метод оценки чувствительности режимных параметров (регулируемых и контролируемых) к вариации возмущений. Обоснование выбора регулируемых и ко нт р ол:! р у оы х ■параметров и подход к построению системы управления рассмотрены для основных технологических стадий горячего копчения — проварки и собственно копчения.

Режимными параметрами процесса горячего копчения являются скорость, влагосодержание и температура дымовоздушной смеси ДВС, влияющие на потерю массы продукта и его консистенцию, а также концентрация коптильных компонентов ДВС, определяющая цвет поверхности продукта. Эти параметры не являются независимыми и степень их влияния на качество продукта неодинакова. К возмущениям при горячем копчении можно отнести изменение параметров сырья, темпе-, ратуры и относительной влажности наружного воздуха и влажности опилок, используемых в дымогенераторе.

Из числа параметров, определяющих потерю массы и консистенцию продукта, при постоянной загрузке камеры, фиксированном положении заслонок и вентилей на воздуховодах скорость ДВС практически не зависит от указанных возмущений ■и поэтому в дальнейшем не рассматривается.

Влагосодержание *ДВС в камере и чувствительность его изменения к вариации возмущений определялись расчетом по количеству влаги, поступающей с продуктом (рыбой), дымом и наружным воздухом.

Выделение влаги из продукта зависит от содержания плотных веществ Пс, % и жирности Жс, % сырья, конечной влажности % и солености

5К, % копченой рыбы [1]. Выход копченой продукции Мк (в процентах массы сырья) без учета потерь жира рассчитывается по следующей зависимости: Мк ={Пс+Жс)/(\-5к/Ш-УРк/т).

Количество влаги, поступающее с дымом [2], зависит от состава и влажности опилок, коэффициента избытка и влагосодержання наружного воздуха. Количество влаги, вносимое в камеру наружным воздухом, определялось по его температуре / и относительной влажности.

Расчеты влагосодержання ДВС выполнены при загрузке камеры 250 кг, расходе наружного воздуха 2500 кг/ч, расходе дыма 500 кг/ч для крайних л средних значений параметров, определяющих поступление влаги в камеру. Жирность сырья Изменилась в пределах 0—10%, температура на

ружлого воздуха — от !5 до ЗО^С, относительная влажность наружного воздуха — от 35 до 90%, влажность опилок — от 20 до 50%. При этом содержание плотных веществ в сырье принималось равным 20%, конечная влажность копченой рыбы —

65%.

Результаты расчетов показали, что при проварке (/=!00'С) влагосодержание смеси в камере составило ,0,004—0,03 кг/кг> (относительная влажность 1—4,5%), при собственно копчении (/=90°С)—0.,02—0,053 кг/кг (относительная влажность 4 —— 11 % ). Это существенно ниже значения, при котором обычно проводится горячее копчение, что позволяет регулировать влагосодержание путем программного управления расходом пара без учета влаги, выделяющейся пз рыбы, поступающей с дымом и наружным воздухом. При этом количество пара определяется только температурой копчения. Результат этих расчетов служит основой для построения программы управления расходом пара при температу-ре смеси свыше 100°С.

Для оценки чувствительности температуры ДВС к 'вариации возмущений проведен оценочный расчет теплового режима установки, который показал значительные колебания этого параметра при- изменении характеристик сырья, наружного воздуха и опилок. Это обосновывает необходимость регулирования тепловой мощности, подводимой в 'камеру, для обеспечения заданного температурного режима.

Аналогичные результаты были получены при оценке чувствительности режимных параметров к вариации возмущении для других процессов термической обработки продуктов.

Исходя пз проведенного анализа, разработана система автоматизации установки (рис. 1), включающая измерение и регулирование температуры и относительной влажности (при / ниже 100°С), программно-временного управления расходом пара (при і свыше 100°С).

Работа схемы автоматизации осуществляется следующим образом. При включении кнопки Н8 Т~— 1 черев пускатель N5 7—2 напряжение посту-

ф* Ш *

1990

521

лая

(ь

том

!ОСЬ

рке

ере

зж-

нии

аж-

шя,

ІИЄ,

'тем

іета

с

)ЛИ-

рой

вой

цом

ВС

шй

)ЫЙ

тра

ого

ІДИ-

во-

пе-

іри

зов

сов

ана

ко-

ры

С),

іра

гея

Н5

ту-

ч>

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, о\5 5, 1990 =

пает по линии 7 на первую секцию нагревателя и одновременно по линии 8 на приводной двигатель вентилятора обдува. Одновременно с пуском установки сигнал управления подается на таймер, который определяет время выдержки определенной стадии технологического процесса: например, при горячем копчении — стадии подсушки КЗ 1—3, стадии проварки КЗ 2—3, стадии собственно копчения К5> 6—3.

Измерение и регулирование температуры в камере производится с использованием термометра сопротивления ТЕ 5—1 и регулятора ТС 5—3. В зависимости от отклонения температуры от заданной регулятор включает или отключает одну, две или три секции нагревателей (поз. 5—6, 5—9, 5—І2).

Измерение относительной влажности осуществляется психрометрическим методом (в пределах до 100°С) с использованием термометров сопротивления ТЕ 3—1 и ТЕ 4—1 «мокрый». Сигнал от термометров сопротивления поступает в . регулятор разности температур «сухого» и «мокрого» термометров МС 3—3. Регулирование при і до 100°С производится по линии 3 путём управления расходом пара (поз. 3'—7). Индикация показаний температуры и разности температур «сухого» и «мокрого» термометров осуществляется на встроенных приборах Т1 5—2 и МІ 3—2.

При і свыше *100 °С оптимальное значение зла го-содержания смеси определяется опытным путем исходя из качества готового продукта. Определенное влагосодержание, поддерживается путем программного управления расходом пара регулятором МУ Б 3—0, при этом система регулирования разности температур (ТЕ 3—1, ТЕ 4—і, МС 3—3, Мі 3—2) отключается.

Структурно система управления (рис. 2) состоит из следующих основных функциональных блоков: питания А1, задатчика временных интервалов А2, измерения температуры АЗ, регулятора и задатчика температуры А4, А5, измерения разности температур «сухого» и «мокрого» термометров А6, регулятора и задатчика разности температур А7, А8, программного регулятора влагосодержания А9,’тумблеров А10, реле АП.

пн—

Рис. 2

Блок питания А1 предназначен для обеспечения работоспособности СУ в широком диапазоне изменения напряжения сети и вырабатывает следующие напряжения:- +9 В, + 15В, —15В, +20В, -1,5В.

Задатчик временных интервалов А2 служит для формирования трех временных интервалов, определяющих продолжительность стадии технологического процесса и следующих последовательно друг за другом. Блок допускает общую продол-

жительность процесса 9ч 59 мин с дискретностью 1 мин. Имеется возможность выдачи сигналов с дискретностью 1 сек на блок А9 для управления клапаном расхода пара.

Основой блока измерения температуры АЗ является мостовая схема, в плечо которой включен термометр сопротивления. В качестве активных элементов выбраны операционные усилители типа К15-ЗУД5. Для снижения погрешности измерения температуры в блоке применены резисторы типа МРХ.

Блоки регулятора температуры А4 и задатчика температуры А5 предназначены, для управления нагревательными элементами в зависимости от входного'сигнала, пропорционального температуре. Задатчик температуры позволяет независимо устанавливать температуру на каждой стадии технологического процесса и включает три задатчика опорного напряжения, выполненных в виде резисторного делителя. Регулятор температуры содержит неинвертирующий усилитель напряжения, дифференциальный усилитель, три схемы сравнения - и три транзисторных ключа. Неинвертирующий усилитель служит для , усиления сигнала, поступающего с задатчика опорного напряжения и согласования входных и выходных каскадов схемы. Напряжение с неинвертирующего усилителя подается на первый вход дифференциального усилителя ДУ, ка другой вход которого приходит сигнал с преобразователя температуры. ДУ выделяет разность -входных напряжений и усиливает ее з 10 раз. Выход ДУ связан с тремя схемами сравнения, каждая из которых имеет опорное напряжение £/1 — и 3, находящееся в пропорции:

£/1=1, 56'2=3£/3.

Такое соотношение позволяет весь диапазон входного напряжения разбить на три равные части, Схемы сравнения в зависимости от входного сигнала, превышающего или нет опорное напряжение, вырабатывают на выходе напряжения двух уровней, которые управляют транзисторными ключами. Нагрузкой транзисторных ключей служат обмотки реле, коммутирующих нагревательные элементы.

Блок измерения разности температур А6 выполнен аналогично блоку АЗ за исключением того, что в плече сравнения мостовой схемы постоянный резистор заменен вторым термометром сопротивления. Выходной сигнал блока А6 поступает на измерительный прибор, а также на вход регулятора разности температур А7.

Блок А7 и задатчик разности температур А8 предназначены для регулирования влажности смеси путем подачи пара в зависимости от психрометрической разности температур (при t смеси ниже ■100°С). Блок А8 содержит три задатчика опорного напряжения, служащих для установки значения разности температур на каждой стадии технологического процесса. Блок А7 включает схему сравнения и транзисторный ключ. Схема сравнения представляет собой однопороговый компаратор, выполненный на операционном усилителе, на один вход которого подается опорное напряжение, а на второй — сигнал, пропорциональный измеренной разности температур. В зависимости от входного сигнала схема сравнения формирует на выходе напряжения двух уровней, которые поступают на транзисторный ключ, управляющий через реле клапаном подачи пара.

При повышении- t свыше -100°С блоки А7 и А8 автоматически отключаются и регулирование влагосодержания осуществляется блоком А9. Требуемое влагосодержание при I свыше 100°С под-

держивается программно, путем управления длительностью открытия — закрытия клапана подачи пара. Длительность каждого интервала—до 60 с.

Блок программного регулятора влагосодержания А9 содержит переключатели для установки требуемой длительности включения, или отключения реле, управляющего клапаном подачи пара на каждой стадии технологического процесса, усилитель, транзисторный ключ и Соединен с блоком А2.

Блок тумблеров А10 служит для выбора режима управления исполнительными механизмами и позволяет работать в автоматическом и ручном режимах.

Блок исполнительных реле All является согласующим блоком, обеспечивающим включение мощных потребителей (пять дискретных сигналов, четыре секции ТЭНов и. клапан подачи пара). Кроме того, блок All при включении соответствующих реле обеспечивает переключение задатчика температуры А4, задатчика разности температур

А8 или программного регулятора влагосэдержания А9 с одного кадра программы на другой.

ВЫВОДЫ

Систем'а управления выполнена на отечественной элементной базе, компактна, не требует высокой квалификации обслуживающего, персонала и моиіет быть использована для автоматизации ' камерных установок термической обработки продуктов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шендерюк В. И., П о р о т и к о в А. Г. Приготовление соленого полуфабриката из мороженой рыбы

■ для холодного копчения//Рыбное хоз-во.— 1976.— № 8,— С. 67—71.

2. Ник и тин Б. Н. Основы теории копчения рыбы.— М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982.— 248 с.

Кафедра автоматизации Поступила 08.05.90

производственных процессов.

639.2.081:621.671.2

ЭЖЕКТОРНЫЙ РЫБОНАСОС С РАБОЧИМ ПОТОКОМ ИЗ МНОЖЕСТВА ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙ

А. Л. ФОНАРЕВ, В. Е. КУРИЛЛО, Б. Н. АНИКИН Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства

Эжекторы широко используются в различных отраслях народного хозяйства. Простота конструкции и эксплуатации, надежность и долговечность в работе, наличие самовсасывания, неизменное направление движения транспортирующего потока способствовали их применению в качестве гидроэлеваторов [1]. В последнее время вновь начали исследовать и использовать водоструйный насос, как техническое средство гидромеханизации-рыбного хозяйства [2].

Эффективность обычных (с центральным соплом) эжекторных насосов данного типоразмера К = =const обусловливается длиной их камеры смешения и степенью расширения диффузора. Оптимальная длина камеры смешения насоса составляет от десяти до пятнадцати ее диаметра. Естественно, что изготовление и использование на практике эжекторов со столь длинной камерой смешения нецелесообразны, а поэтому,в существующих струйных насосах камера смешения короткая.

Чтобы повысить эффективность эжекторных насосов с короткой камерой смешения, необходимо увеличить площадь поверхности взаимодействия двух потоков: рабочего и эжектируемого. Этого можно достичь, например, с помощью эффекта Коанда [3], когда эжектирующий газ вытекает из кольцевого сопла примерно под прямым углом к оси насоса, т. е. по криволинейной траектории. Эффективность данного эжектора на 18—20% выше, чем с обычным кольцевым соплом.

Одним из путей решения этой задачи является разделение рабочего потока на множество струй путем увеличения числа активных сопл.

Идея использования эжекторного насоса с рабочим потоком из множества турбулентных струй в качестве рыбонасоса принадлежит д-ру техн. наук, профессору Лауреату Государственной премии СССР Л. А. Эпштейну.

Ниже приведены результаты энергетических испытаний при работе на воде такого эжектор-

ного рыбонасоса (в дальнейшем будем называть насосом), который имеет общую проточную часть диаметром 0 0,115 м и различные рабочие органы — решетки сопл: 18;, 12; 6 (рис. 1).

О среза сопл 0,014 м. Благодаря этому геометрический параметр насосов равен 3,76;'5,02; 11,2.

В процессе опытов измеряются расходы рабочего потока С>\, суммарного потока (>2 и напоры рабочего потока Я], эжектируемого потока На, суммарного Н-2-

По результатам измерения определяются: расход.<3м эжектируемого потока (1)

напор рабочий Нр НР=Н\—Н-2, (2)

напор полезный Нп Нп—Нч—Но (3)

и основные безразмерные параметры насоса:

коэффициент эжекции * а=0о/<3], (4)

относительный напор Р р —Нг/Пп +ЯР, (5)

КПД >1 г] =6сс/1 —13, (6)

коэффициент расхода сопл р,

!х =(]1/М8^(Т/~Щ; (7)

геометрический параметр К А'=5к(./50 (8)

ill

■ ь-.Ик І і ЗІ

РМЖ- чі -4. І

Qr і ; '. гГа ^:;і

к ■

і і і; :і

і і .і :Vj' ■! |. :vi ■■■■..і

of И: .1 ■ ,г.:77,ї. '

^ Ч~~ < .

Лйй —

о І

г .р їг .. її ini* L .1 - ■

її:

І :У.\ ::П і

' Л-і Iі

1 \К м ен;і:" і,:

Г: ■■ :г р:^і :

::с:: ьліпг уССпІІ ■' ОТСЕ.

:= л К

У :-г :кт І

І" L

к І

r.pdJij

. N-::d Т.гп ■ .і joll;

F

.:.ту ■ І