Szám: H_000098
A cikk szerzőjének a neve: Dr. Ruska, László
A cikk címe: Faipari szárítóberendezések paramétermérésének és önműködő paraméterszabályozásának alapjai, különös tekintettel az elektromos mérő- és szabályozórendszerekre. (Doktori disszertáció)
Forrás: FAIPARI KUTATÁSOK, Faipari Kutató Intézet [FaKI] Budapest, 1965. 2. sz. 245 – 268 oldal, Mezőgazdasági Könyvkiadó, Budapest 1965
Lásd a teljes cikket: Teljes_cikk
Kulcsszavak: faipar, mesterséges szárítás, szárítóberendezés, elektromos mérőrendszer, elektromos szabályozórendszer.
Az értekezés a faiparban használatos mesterséges szárítóberendezések időszerű műszerezési és automatizálási kérdéseivel foglalkozik. Két jellemző témakört ölel fel a méréstechnikát és a szabályozástechnikát. A kapcsolódó részleteket egy-egy önálló fejezettel dolgozza fel. A bevezetésben a szárítást, mint az anyag feldolgozását megelőző elsőrendű fontosságú eljárás faipari jelentőségét hangsúlyozza. Rögzíti, hogy kizárólag mesterséges szárítással kapcsolatos kérdésekkel foglalkozik, ezen belül is a szárítási tér folyamatos paramétereinek, az önműködő paraméterszabályozásnak elméleti és gyakorlati problémáival. Mellőzi a technológiai folyamatok részletezését, valamint a különböző berendezések szerkezeti felépítésének leírását. Az értekezés első része kissé mélyebben elemzi a különböző paramétermérési eljárásokat, és alapot nyújt a második részben kidolgozott szabályozástechnikai kérdések tudományos mélységű analíziséhez.
1. Első rész. A faanyag mesterséges szárításánál alkalmazott paramétermérési eljárások és mérőrendszerek. Az ismertetés a mesterséges szárítás levezetésével kapcsolatos mérési eljárásokkal kezdődik. Bemutatja az egyidejüleg több üzemben lévő szárító berendezés belső tere száraz és nedves hőmérsékletének távregisztrálására alkalmas, hazai készítményű termo-ellenállásos hőmérséklet – pontszín-írót és egy közvetlen értéket mutató elektromos relatív páraregisztrálónak a Hartmann - Braun cég által forgalomba hozott változatát. A villamos nedvességmérési eljárások csoportjából – részben a rendelkezésre álló irodalmi, részben az egyéni kutatások során nyert adatokra támaszkodva – feldolgozza az elektromos vezetőképesség mérés elve alapján lebonyolítható nedvesség meghatározás elméletét, feltárja a fa nedvességtartalma, hőmérséklete és villamos ellenállása közötti konkrét matematikai kapcsolatokat, s közli azon nomogramokat, amelyek segítségével a műszeres nedvességmérésnél szükséges hőmérsékletkorrekció mindenkor végrehajtható. Először az 1.1. pontban az Alapelveket, a szárító berendezésekre, és a szárítani kívánt anyagra, valamint a szárító kezelőszemélyzetének tapasztalataira vonatkozó feltételeket fogalmazza meg a szerző. Majd az 1.2 pont alatt a szárítási tér hőmérsékletének mérési eljárásait és mérőberendezéseit tárgyalja. A termo-ellenállásokkal végzett hőmérsékletmérés témakörének ismertetésénél a matematikai levezetések mellett az 1. ábrán az alapműszer elrendezését szemlélteti, míg a 2. ábrán a műszer kapcsolási rajzát mutatja be.
Ábra.
Ábra.
Termisztorokkal végzett hőmérsékletmérés ismertetésénél felhívja a figyelmet, hogy addig, amíg a fémek hőmérséklete és elektromos ellenállása közötti kapcsolatot leíró matematikai összefüggés lineáris, addig a termisztorok ellenállása exponenciálisan függ a hőmérséklettől. 3. ábra.
Ábra.
A megadott termisztor-karakterisztikák közelebbi tanulmányozása alapján a szerző rögzíti a méréstechnikai szempontból levonható következtetéseket. Megállapítja, hogy a faipari szárító berendezéseknél a termisztoros hőmérsékletmérési eljárásnak különös jelentőséget lehet tulajdonítani.
1.3. A szárítási tér relatív páratartalmának mérési eljárásai, és mérőberendezései ismertetésénél a szerző először a definiálja a relatív páratartalmat, mint a nedves levegő legfontosabb jellemzőjét, majd csoportosítja a mérési módszereket a szerint, hogy azok lebonyolítása nem villamos vagy villamos úton történik. A relatív páratartalom pszichrometrikus mérése villamos mérőelemekkel címszó alatt felhívja a figyelmet, hogy a logométeres mérőkörök bizonyos kapcsolásai milyen lehetőségeket nyújtanak. Az összefüggések matematikai levezetése mellett példaként egy Wheatstone-hidas elrendezést mutat be a 4. ábrán.
Ábra.
Megállapítja, hogy a száraz érzékelő ellenállásának állandóságára vonatkozó megkötés a levezetett matematikai útmutatók segítségével szerkeszthető mérőműszer használhatóságát meglehetősen szűk határok, közé szorítaná. Ezért az ismertetett alapelv megtartásával általában olyan híd-kapcsolásokhoz folyamodnak, amelyek a hőmérsékletváltozásból eredő zavarójel-kompenzációt bizonyos értékhatárok között önműködően hajtják végre. Egy ilyen kapcsolást mutat be a szerző az 5. ábrán, amely a paraméter közvetlen leolvasását teszi lehetővé 300 - 90 0 C értékhatárok között.
Ábra.
1.4. A fa nedvességtartalmának mérési eljárásai, és mérőberendezései fejezetben először a fa nedvességtartalménak nem villamos mérésével foglalkozik. Az eljárásokat öt csoportba sorolja, majd a mérési metódusok közül az elsőnek - a kiszárításos eljárásnak – pontossági analízisét végzi el. A hibaegyenlet közelebbi vizsgálata alapján következtetéseit több pontban foglalja össze. Alátámasztásul a 6. ábrán egy nomogramot mutat be, amely a relatív hibát ábrázolja a nedvességtartalom függvényében, paraméterül a mérlegtoleranciát választja.
Ábra.
A fa nedvességtartalmának villamos mérésére kétféle eljárás ismeretes. Az elektromos ellenállásmérés útján végzett meghatározás ismertetésénél a szerző először részletes irodalmi áttekintést végez. Ennek során M. E. Dunlap egyenletéből számítással nyerhető értékeket grafikusan is bemutatja a 7. ábrán.
Ábra.
Az ábra alapján levonja a következtetéseket és megállapítja, hogy az elektromos vezetőképesség-mérés elve alapján felépített nedvességmérő műszerek 25 - 30 % nedvességtartalom felett csupán tájékoztató jellegű adatokat szolgáltatnak. A továbbiakban a fa térfogatsúlyának és az anyag hőmérsékletének az elektromos vezetőképességre gyakorolt hatásával foglalkozik a szerző. Az ismertetés alátámasztására a 8. ábrán közli J. D. Clark és J. W. Williams vizsgálatainak eredményeit bemutatva egy abszolút száraz nyírfa és erdei fenyő hőmérséklet-ellenállás karakterisztikáit, amelyeket a thüringiai üvegre ismert jelleggörbével hasonlítottak össze.
Ábra.
A 9. ábrán egy R. Keylwerth mérései alapján szerkesztett monogramot szemléltet, amelynek segítségével a műszer által mutatott érték és az anyag hőmérsékletének ismeretében a tényleges nedvességtartalom könnyűszerrel megállapítható.
Ábra.
R. Keylwerth a rosttelítettségi határ feletti kapcsolatok feltárására végzett vizsgálatainak kísérleti eredményeit egy általános érvényű nomogramban foglalta össze, amely a 10. ábrán látható.
Ábra.
A faanyag villamos vezetőképességét befolyásoló tényezők vizsgálatából származó elméleti és tapasztalati eredményeket a szerző röviden összefoglalja. A következő módszert - a faanyag nedvességtartalmának meghatározását dielektromos állandó mérése útján - a szerző elméleti kérdések tisztázásával kezdi. Ennek során egy kapacitív fanedvesség-mérő műszer elektródaelrendezését is szemlélteti a 11. ábrán.
Ábra.
A fa nedvességtartalmának izotópikus mérésének lehetőségét ismertetve a szerző abszorpciós karakterisztika segítségével egy 25 mm vastag borovi fenyőnek 60-as Cobalt-tal történő besugárzásával nyert eredményeket ábrázolja a 12. ábrán.
Ábra.
Megállapítja, hogy végső soron a béta sugárzással történő faanyagvizsgálat segítségül szolgálhat a különböző fafajok rosttelítettségi határának pontos meghatározásában.
1.5. A faanyag nedvességtartalmának folyamatos mérése a mesterséges szárítás időtartama alatt. A fejezet összefoglalja a témakörben eddig elért jelentősebb eredményeket, majd ismerteti az egyénileg tervezett és kivitelezett villamos vezetőképesség mérés szisztémájára épített folyamatos fanedvesség regisztráló elvi és technikai részleteit. A korábbi eredmények közül R. Keywerth –nek a kísérleti szárítás levezetése során nyert adatainak felhordásával nyert diagrammot szemlélteti a 13. ábrán.
Ábra.
Majd a mérési eredményekre vonatkozó fontosabb megállapításokat foglalja össze. Kiemeli az elektródák anyagára, az elektronikus ellenállásmérő egységre a regisztráló kivitelű logométerre és a csatlakozó rendszerekre vonatkozó megállapításokat. A követelményeknek megfelelően az elektródák és a hozzávezető kábelek kapcsolási rendszere a 14. ábra szerinti elrendezésben került kivitelezésre.
Ábra.
A szárítást a szerző Eisemann vonatkozó menetrendje szerint vezette le, tehát a szárítási szakaszban mintegy 20 órás időtartamban 80 0C térhőmérsékletet alkalmazott. Az előzetesen bemért regisztráló műszer a kísérleti szárítás során a 15. ábrán látható pontsorokat rajzolta ki.
Ábra.
A faanyag mesterséges szárítása során gyakori a térhőmérsékletnek aránylag rövid idő alatt bekövetkező változása (pl. ha az elektródák a máglyarakatban helytelenül, vannak elhelyezve). Ekkor a termikus nedvességvezetés hatására félrevezető mérési tranziensek lépnek fel. A kérdést egy 80 mm vastag bükkfával töltött szárítókamrában vizsgálta a szerző, ahol a kamrában stacionárius állapot volt, vagyis a hőmérséklet, relatív páratartalom, fanedvesség egy t1 …t2 időintervallumban állandó értéket mutatott. A lejátszódó folyamatot a 16. ábra szemlélteti.
Ábra.
A szerző a vizsgálatokat különböző kezdeti nedvességtartalmú, különböző fajú és vastagságú faanyagokkal végezte és a kapott eredményeket minden esetben arról tettek tanúságot, hogy az elektromos ellenállásmérés metodikájára támaszkodó folyamatos nedvesség ellenőrzési eljárások képesek kielégíteni a velük szemben támasztott legfontosabb gyakorlati követelményeket. A megállapítást követően a szerző öt pontban foglalja össze a mérőberendezésre vonatkozó legfontosabb tapasztalatait. A levezetett kísérleti szárítások eredményinek értékelése során nyilvánvalóvá vált a felületi villamos vezetőképesség és a hőmérséklet-gradiens változásának kapcsolata is, s ennek alapján a szerző hangsúlyozza, hogy a szerkesztett mérőberendezés segédeszközül szolgálhat azon tudományos kutatómunkákban, melyek a mesterséges szárítás idejének alternatív eljárással történő lerövidítésére irányulnak. 1.6. Az áramló levegő sebességének mérési eljárásai és mérőberendezései. A tanulmány méréstechnikai részfejezetének teljessé tétele céljából a szerző néhány szóban a légsebesség méréssel és annak technikai kérdéseivel is foglalkozik. Felsorolja a nem villamos és a villamos mérési eljárások alkalmazott mérési metódusokat és a villamos légsebességmérő rendszereket röviden, körvonalazza is. A 17. ábrán példaként egy ellenállás - termoanemométer mérő-átalakítóját mutatja be.
Ábra.
A 18. ábra pedig egy hőelem-páros termoanemométer (N. V. Rozgonin - féle) mérő-átalakítójának szerkezeti felépítését szemlélteti.
Ábra.
2. Második rész. A faanyag mesterséges szárításánál alkalmazott paraméterszabályozási eljárások és szabályozó berendezések. Az értekezés második részének összefoglalásaként megállapítható, hogy ez a rész mélyebben foglalkozik a tisztán elektromos orgánumokból felépített paraméterszabályozók analízisével és működési leírásával. A szerző rámutat az elektromos szabályozók által nyújtott egyedülálló technikai lehetőségekre, rátér az egyes elemek (érzékelők, különbségképzők, erősítők, beavatkozó szervek) általános ismertetésére. Tárgyal a soros és párhuzamos lengésgátlás elvi és gyakorlati jelentőségéről. Ezen belül a potenciométerrel kombinált fém - pirométeres szabályozóköröknél leggyakrabban alkalmazott impulzív és termikus visszavezetéses lengés gátlók lényegi felépítését részletezi, illusztrálva a merev és rugalmas visszavezetéssel kapott stabilitás viszonyokat. A termikus visszavezetéses metodikánál konkrét példát is ismertet. Végül egy rövid ismertetést ad az egyénileg tervezett és kivitelezett, elektromos működésű komplex automatarendszerről. Bemutatja az egyes részfunkciók betöltésére szolgáló orgánumokat (potenciométeres fém - pirométerek, mint a száraz és adiabatikus telítettségi hőmérséklet érzékelőelemei, villamos osztóellenállások, alapjel beállítók, rheo-flex relék, a különbségképzők, az egységugrás-erősítők, a soros és párhuzamos lengés gátló elemeket magában foglaló egységek, motorszelepek és szervomechanizmusok, paramétermódosítók, deprez - műszerek, visszajelzők). Rajzokkal illusztrálja az egyes elemek beépítésének módját, majd beszámol az üzemi alkalmazásba-vétellel kapcsolatos, pozitívan értékelhető eredményekről. Befejezésül, miután összefoglalja a külön mérőfülkében egyesített regisztráló- és szabályozó berendezés fontosabb műszaki adatait, javaslatot tesz a komplexum prototípizálására, s azon keresztül annak általános ipari bevezetésére. Az értekezés e részének felépítése a bevezetést követően az alapelvek rövid ismertetésével kezdődik. A 2.3. pont alatt a szerző A szárítási tér hőmérsékletének és relatív páratartalmának önműködő szabályozása pneumatikus szabályozó elemekkel, című témával foglalkozik. A pneumatikus stabilizátorokat a 19. ábrán az arányos szabályozótípusok egyik legegyszerűebb változatával szemlélteti.
Ábra.
Egy továbbfejlesztett pneumatikus szabályozó vonalas vázlatát mutatja be a 20. ábrán.
Ábra.
Mivel a témakörön belül nagyobb jelentőséggel rendelkeznek az erőkompenzációs szabályozó rendszerek, a szerző ezek elvi és működési leírásával részletesebben foglalkozik. A rendszer lényege, hogy a szabályozási funkció végrehajtása az érzékelő elem által szolgáltatott erőváltozások hasznosítása útján történik. A 21. ábrán látható diagramból kitűnik, hogy a hőmérséklet egy adott gőznyomásértékkel egyértelműen definiálható.
Ábra.
A hőmérsékletfüggő nyomásváltozásnak egy önműködő paraméterszabályozásban történő hasznosítása céljából a szerző egy gőztenziós hőmérőt helyezett el a szárítási térben, amit egy kapilláris csővezetékkel csatlakoztatta a membrános motorhoz a 22. ábrán, látható módon.
Ábra.
A közvetlen működésű szabályozónak egy, Budapesten kivitelezett alakját a 23. ábrán mutatja be.
Ábra.
A részletesen ismertetet komplexum elvi vázlatát a 24. ábra szemlélteti.
Ábra.
2.4. A szárítási tér hőmérsékletének és relatív páratartalmának önműködő szabályozása elektropneumatikus szabályozóelemekkel címszó alatt a szerző először az alapelvet ismerteti, majd a 25. ábrán példaként az alapelv szerint felépített Akania-típusú, arányos működésű hőmérsékletszabályozót mutat be.
Ábra.
A 26. ábra a Nash Kelvinator Ltd. Creve cég által szabadalmaztatott elektropneumatikus szabályozórendszer átalakító elemét szemlélteti.
Ábra.
2.5. A szárítási tér hőmérsékletének és relatív páratartalmának önműködő szabályozása tisztán elektromos szabályozóelemekkel című fejezetben a szerző részletesen ismerteti a szabályozóelemek előnyös és hátrányos tulajdonságait. Majd megállapítja, hogy az elektromos szabályozórendszerek egy sor olyan kedvező technikai feltételt biztosítanak, amelyeket egyéb típusok nem képesek. Ezt követően a szerző az elektromos úton történő szabályozásra szolgáló berendezéseket - legfőbb jellemzőjüket alapul véve - két osztály szerint csoportosítja és a szabályozók egyes elemei szerint további felbontást tart célszerűnek. Az egyes csoportokból kiragadott elemek bármelyikével felépíthető szabályozó blokkvázlatát a 27. ábra szemlélteti.
Ábra.
A 28. ábrán ismét egy blokkvázlattal az ekvivalens villamos szabályozórendszer lehetséges változatát mutatja be.
Ábra.
A szerző a 2.5. pont alatt a Folytonos és nem folytonos működésű villamos érzékelőelemeket, villamos különbségképző elemeket és erősítőket, valamint elektromos működésű paramétermódosító beavatkozó szervek jellemzőit ismerteti és értékeli.
A 2.6. Zárt hatásláncú villamos hőmérséklet-szabályozókörök analitikai vizsgálata. A témakörön belül a szerző két alapvető rendszerrel foglalkozik. A Folyamatos és a nem folyamatos működésű szabályozórendszerekkel. Az ismertetést a 29. ábrán a nem folyamatos működésű szabályozó hőmérséklet paraméter diagramjával egészíti ki.
Ábra.
Foglalkozik a szabályozás stabilitásának - impulzív és termikus visszavezetéses módszerekkel történő - fokozásával, és az impulzív hőmérsékletszabályozó rendszerekkel. Egy átalakított szabályozórendszer működésére hoz fel példát és a beavatkozás eredményét a 30. ábrán szemlélteti.
Ábra.
A termikus visszavezetéssel működő hőmérsékletszabályozó rendszer szisztémájának ismertetését a 31. ábrán látható villamos kapcsolási vázlattal mutatja be.
Ábra.
2.7. Egy kivitelezett elektromos működésű rendszer a szárítási tér hőmérsékletének és relatív páratartalmának önműködő szabályozására. Ebben a fejezetben a szerző az általa kivitelezett szabályozó berendezés szerkezeti felépítést ismerteti, továbbá beszámol a szabályozókomplexum üzemi alkalmazásba-vételével kapcsolatos eredményeiről.
A rendszer tisztán elektromechanikus elemekből épül fel, a szabályozókör teljesen zárt és tartalmazza mind a soros, mind a párhuzamos lengés gátló elemeket. A szerző ismerteti a különböző funkciók betöltésére szolgáló alkatelemeket, amelyeket egy Hildebrand típusú szárítókamrába építette be. Az érzékelőelemek elhelyezési rendszeréről a 32. ábra tájékoztat.
Ábra.
A szellőzőkürtők átáramlási keresztmetszetére történő beavatkozás sematikus rendszerét a 33. ábra illusztrálja.
Ábra.
A szellőzési nyílásszög módosítását egy elektromotorral működtetett szervomechanizmus hajtja végre a kamra levegőcseréjét biztosító ki- és beömlő kürtőben csapágyazott két csappantyútányér egyidejű pozíció-változtatása útján. Két motorszelep tartalmazza a visszajelző-potenciométereket, vagyis a pillanatnyi szelepállás villamos úton történő távindikálása itt is biztosítva van. A szerző a továbbiakban beszámol az üzemi vizsgálatok eredményeiről. Az állandó szárítási hőmérséklet biztosítását a 34. ábra grafikonja szemlélteti. A szabályozás minősége rendkívül jó, minthogy a névleges hőmérsékleti értéktől való eltérés nem haladja meg a +/- 1 0 C - t. A 35. ábra a szárítótérben uralkodó relatív páratartalom ingadozásviszonyait szemlélteti.
Ábra.
A diagram alapján a szabályozás minősége itt is kedvező. A maximális lengési amplitúdó kisebb, mint +/-3 %.
A szerző ezt követően összefoglalja a berendezés fontosabb műszaki adatait. A dolgozat végén pedig leírja az alkalmazásba vétel tapasztalatait, javaslatokat tesz, majd röviden összefoglalja az értekezés fontosabb megállapításait.