Устройство для термической обработки сосудов высокого давления Советский патент 1984 года по МПК C21D11/00 F27D19/00 

i 1

Изобретение относится к автоматическому управлению термической обработкой изделий, а именно к термической обработке сосудов высокого давления, и может быть использовано в металлургии, машиностроении, приборостроении.

Известно устройство для регулирования теплового режима в зонах нагрева и охлаждения печи, содержащее вариатор количества тепла с органом, регулирующим его тепловую мощность п отклонению фактической мощности вариатора: от задания, устанавливаемого по фактической производительности печи. При превышении определенного значения отключения температуры в зоне от заданной релейный элемент переключает вход регулирующего органа вариатора на схему сравнения си гналов датчика и задатчика температуры в зоне, форсированно ликвидируя возникщее отклонение пока оно не уменьшится до величины, определяемой коэффициентом возврата релейного элемента СП.

Однако структура известного устройства позволяет лишь выполнить заданный заранее температурно-временной режим обработки, но не может корректировать его соответствие с ходом реальных процессов в материале изделия, формирующих его эксплуатационные свойства..

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для термической обработки сосудов высокого давления, состоящее из печи для термической обработки сосудов, датчика и задатчика теплового режима печи-, подсоединенных на вход регулятора тейлового режима печи, на выход которого подсоединен нагреватель печи, последовательно соединенные измеритель давления, первая схема сравнения, регулятор давления и регулирующий клапан на линии подачи среды высокого давления в обрабатываемый сосуд, термостат с контрольным изделием, эталоном и нагревателями эталона и контрольного изделия, датчики теплового режима эт лона и контрольного изделия, подсоединенные на вход BTopoJH схемы сравнения, выход которой соединен с первьм регулятором теплового режима термостата, третьей схемы сравнения, на входы которой подсоединены вторые выходы датчиков теплового режима печи

10810

и эталона, выход которой подсоединен на вход второго регулятора теплового режима термостата, интегратор, подсоединенный на вход четвертой схемы сравнения, на второй вход которой подсоединен задатчик величины теплового эффекта, а выходы четвертой схемы сравнения подсоединены на вторые входы регуляторов теплового режима печи и давления в сосуде.

Однако известное устройство характеризуется сложностью конструкции, обусловленной тем, что при управлении режимом термической обработки по скорости изменения удельного объема материала и суммарному объемному : ффекту требуются сложные конструктивные решения для реализации операции вычисления относительных изменений скорости (дифференциальный механизм, датчик перемещений и преобразователь) .

Кроме того, известное устройство

имеет ограниченную область применения только для термической обработки сосудов высокого давления из металлов и сплавов, у которых объемные изменения изотропны, т.е. изменение измеряемого линейного размера адекватно отражает изменение объема. Однако целый ряд широко используемых металлов и сплавов для изготовления сосудов высокого давления имеет анизотропию изменения размеров.

Целью изобретения является упрощение конструкции и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для термической обработки сосудов высокогодавления, содержащее -печь для термической обра- , ботки сосудов, датчик и задатчик теплового режима печи, подсоединенные на вход регулятора теплового режима печи, на выход которого подсоединен нагреватель печи, последовательно соединенные измеритель давления, первая схема сравнения, регулятор давления и регулирующий клапан на линии подачи среды высокого давления в обрабатываемый сосуд, термостат с контрольным изделием, эталоном и нагревателями эталона и контрольного изделия, датчики теплового режима эталона и контрольного изделия, подсоединенные на вход второй схемы сравнения, выход которой Соединен с первым регулятором теплового режима термостата, третью схему сравнения, на входы ко . ; 3

торой подсоединены йторые выходы датчиков теплового режима пемм и эталона, выход которой подсоединен на вхо второго регулятора теплового режима термостата, интегратор, подсоединенный на вход четвертой схемы сравнени на второй вход которой подсоединен задатчик величину теплового эфсЬекта, а выходы четвертой схемы сравнения подсоединены на вт.орые- входы регуляторов теплового режима печи и давления в сосуде, дополнительно содержит дифференциальный ваттметр, причем два его входа соединены с выходами регуляторов теплового режима термостата, а два выхода соединены с нагревателями эталона и контрольного изделия, причем третий выход дифференциального ваттметра подсоединен на выход интегратора, а четвертый выход - на вход первой схемы сравнения.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит контур 1 регулирования температуры, состоящий из печи 2, соединенных последовательно задатчика 3 теплового режима печи, регулятора А и нагревателя 5 печи, датчика 6 теплового режима, включенного на вход регулятора А, контур 7 регулирования давления в сосуде, состоящий .из последовательно соединенных измерителя 8 давления, первой схемы 9 сравнения, регулятора 10 давления и регулирующего клапана 11 на линии подачи среды высокого давления, источника 12 среды высокого давления, контур 13 опти)изации термиче.ской обработки, состоящий из термостата -lA, в ко„торый помещеныэталон 15, контрольное изделие, 16, нагреватель 17 эталона, нагреватель 18 контрольнго изделия, датчик 19 теплового режима эталона и датчик 20 теплового режима контрольного изделия, последовательно соединенные втораясхема 21 сравнения, первый регулятор 22 теплового режима термостата, первый вход дифференциального ваттметра 23 и нагреватель 17 эталона, а входы схемы 21 соединены с выходами датчиков 19 и 20, последовательн соединенную третью схему 24 сравнения, второй регулятор 25 теплового режима термостата, второй вход дифференциального ваттметра 23 и нагреватель 18 контрольного изделия,- а

108104

входы схемы 24 сравнения соединены с выходами датчиков 19 и 6, выходы дифференциального ваттметра 23 включены tra вход интегратора 26 и на вход схемы 9 сравнения, выход интегратора 26 включен на первый вход четвертой схемы 27 сравнения, на второй вход которой подключен задатчик 28 суммарной величины теплового эффекта, а выход схемы 27 сравнения подключен на вход регулятора 4 и регулятора 10, источник 29 питания, к которому подключены регуляторы 4, 10, 22, 25.

Устройство работает следующим образом..

В термостат 14 контура оптимизации термической обработки прмещают имеющие одинаковые геометрические размеры эталон 15 и контрольное изделие 16, изготовленные из металла или сплава, идентичного обрабатываемому сосуду высокого давления, но эталон предварительно проходит обработку до заданного уровня свойств.

Например помещают два образца из конструкционной стали одной и той же марки, прошедших одинаковую упрочняющую обработку (закалку), но .один из которых .(эталон) отпущен до зaдaнfIoго уровня механических свойств, контролируемых, например, по твердости.

Нагрев обрабатываемого сосуда высокого давления производят по программе, задаваемой задатчиком 3 теплового режима с помощью регулятора 4. Нагрев эталона 15 и контрольного изделия 16 в термостате 14 производят синхронно с обрабатываемым сосудом высокого давления нагревателями 17 и 18 с помощью систем регулирования, содержащих датчик 6 теплового режима обрабатьшаемого сосуда высокого давления, датчики 19 и 20, теплового режима эталона и контрольного изделия, схемы 21 и 24, регуляторы 22 и 25 и дифференциальный ваттметр 23.

В связи с тем, что эталон и контрольное изделие разогреваются неодинаково, так как они находятся в разных состояниях (контрольное изделие дополнительно разогревается теплом происходящих в нем процессов), мощность, потребляемая нагревателями 17 и 18, будет разной.

Вследствие этого на выходе дифференциального ваттметра (основанного, например, на полупроводниковых генераторах Холла, как показано на чертеже), формируется сигнал, соответствующий разнице мощностей обогрева эталона и контрольного изделия. Этот сигнал пропорционален скорости изменения теплосодержания в металле или сплаве, из которого изготовлен сосуд высокого давления, Этот сигнал поступает на схему 9 сравнения контура регулирования давл ния в сосуде. Уровень воздействия (гидравлического или пневматического изменяют согласно сигналу, поступающему с ваттметра 23, в пределах от нижнего уровня, чаще всего атмосферного, до верхнего значения, которое выбирают исходя из материала и конст руктивных особенностей изделия, с таким расчетом, чтобы это максимальное давление создавало остаточную деформацию изделия, не превышающую 1%. Такой режим изменения давления позволяет в процессе термической обработки нагружать изделие преимуще ственно в упругой области. Мерой дав ления ме)вду нижним и верхним уровнями является изменение теплосодержания материала изделия. Сигнал с выхода дифференциального ваттметра 23 поступает параллельно и на интегратор 26, выход которого включен на вход схемы 27 сравнения. На второй вход схемы сравнения посту пает сигнал от задатчика 28 суммарной величины теплового эффекта, который наперед задан для данного обрабатываемого сосуда высокого давления. Так для сосудов высокого давления из конструкционной стали, прошед щих закалку, наперед заданным значением является суммарный тепловой эффект процессов отпуска, протекающих при нагреве. Эту величину определяют заранее путем отпуска этой стали до установленного значения од, ного или нескольких показателей проч ности, например до установленного значения твердости. Таким образом, суммарный тепловой эффект характеризует степень термической обработки. Синхронное с обрабатываемым изделием изменение температуры контрольного образца обеспечивает полное соответствие изменений теплосодержания в обрабатываемом изделии и контрольном образце. Для получения тепло вого эффекта измеряемую величину интегрируют в интеграторе 26 и сравнивают с заданной величиной. После того, как тепловой эффект достигнет наперед заданного значения, соответствующего необходимой степени термической обработки металла или сплава, из которого изготовлен сусод высокого давления, с выхода схемы сравнения поступает сигнал об окончании обработки, поступающий на вход регулятора 4 теплового режима и на вход регулятора 10 давления. Таким образом, устройство имеет простую и надежную схему измерения параметра (скорость изменения теплосодержания) , по которому производится управление режимом обработки. Кроме того, устройство по сравнению с прототипом имеет более широкую область применения по термической обработке сосудов высокого давления из различных металлов и -сплавов. |Это объясняется тем, что принятая в устройстве схема измерения скорости |изменения теплосодержания и теплового эффекта (внедрение дифференциального ваттметра), а не изменений, размеров с дальнейшим пересчетом в .скорость изменения объема и объемный эффект (за счет дифференциального механизма, датчика перемещений и преобразователя) позволяет избежать влияния анизотропии свойств на параметры контроля термической обработки. Необходимость такого решения вызвана тем, что большинство применяемых в реальных технологических процессах изготовления сосудов высокого давления металлов и сплавов имеет анизотропию линейного термического расширения. Это связано как с технологией производства исходных металлов и сплавов, так и с наследственностью предшествующих обработок. Следовательно, в устройстве сочетаются простота схемы контроля термической обработки и более широкие возможности применения устройства для термической обработки сосудов высокого давления из различньк металлов и сплавов. Перечисленные условия определяют повыщение экономической эффективности при применении устройства, выражающееся в уменыиении стоимости устройства на 15%. Кроме того, экономическая эффективность достигается также за счет более широкой области применения устройства для термической обработки сосудов высокого давления из различных металлов и сплавов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, . содержащее печь для термической обработки сосудов, датчик и задатчик теплового режима печи, подсоединенные на вход регулятора теплового режима печи, на выход которого подсоединен нагреватель печи, последовательно соединенные измеритель давления, первая схема сравнения, регулятор давления и регулирующий клапан на линии подачи среды высокого давления в обрабатываемый сосуд, термостат с контрольным изделием, эталоном и нагревателями эталона и конт рольного изделия, датчики теплового режима эталона и контрольного изделия. подсоединенные на вход второй схемы сравнения, выход которой соединен с первым регулятором теплового режима термостата, третью схему сравнения, на входы которой подсоединены вторые выходы датчиков теплового режима печи и эталона, выход которой подсоединен на вход второго регулятора теплового режима термостата, интегратор, подсоединенныйна вход четвертой схемы сравнения, на второй вход которой подсоединен задатчик величины теплового эффекта, а выходы четвертой схемы сравнения подсоединены на вторые входы регуляторов теплового ма печи и давления в сосуде, о т л и чающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и расигирения области применения, оно дополнительно С содержит дифференциальный ваттметр, причем два его входа соединены свыхо-д дами регуляторов теплового режима термостата, а два выхода соединены с нагревателями эталона и контрольного изделия, причем третий выход дифференциального ваттметра подсоединен на выход интегратора, а четвертый выход - на вход первой схемы сравнения.