Способ регулирования температуры нагрева длинномерных изделий Советский патент 1989 года по МПК H01B13/00 

печи в сечении расположения термопары при ноьтнальном режиме

2. Способ по пJ, о т л и ч а юи и с я тем, что изменение энергии теплоты газа осуществляют путем изменения его расхода

3„ Способ по п.2, отличающийся тем, что изменение энергии теплоты газа осуществляют путем изменения его температуры.

1с СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно эмалированных проводов, в тепловых камерах, у которых тепловая энергия подводится от нагревателей, расположенных внутри камеры, и посредством теплоты газа, непрерывно подаваемого в камеру, заключакзщкйся в непрерывном измерении температуры в рабочей зоне тепловой ^камеры с использованием термопары, сравнении ее с заданной при номинальном тепловом режиме и изменении знергии, подводимой нагревателями, при отклонении измеренной температуры от заданной, отличающийся тем, что, с целью повыше^ ния качества изделий, дополнительно изменяют энергию теплоты газа в соответствии с закономерностью:QO = -oi*4 о(а:^5^^^•<ifl7•ТгIn§J_(т! - T^(o^;'+o(^)Q^т* -••-тКгде Q( = Q* +. К(ТД - Т^)', количество энергии, подаваемой от нагревателей на единицу i площади стенок тепловой камеры в единицу времени при регулировании температуры нагрева изделий; количество энергии, подаваемой от нагревателей на единицу площади стенок тепловой камеры в единицу времени при номинальном режиме; заданная темп-ература термопары при номинальном тепловом режиме;измеренная температура термопары;коэффициент пропорциональности;Qj - количество энергии, подво-. ДИМОЙ посредством теплоты •газа на единицу площади стенок тепловой камеры в единицу времени при регулировании температуры нагрева изделий;температура газа, поДаваемо- • го в камеру при номинальном режиме;rj - температура, стенок камерыпечи в.сечении расположения термопары при номинальном режиме;oi.^ - коэффициент теплопередачи от внутренних стенок печи к газу, проходящему внутри печи; .о<2 - коэффициент теплопередачи от внутренних стенок печи в окружающую атмосферу;С. - температура газа в камереТ.Г(Л4^СО4:;!^ со

Изобретение относится к технологии тепловйй обработки длинномерных изделий, например эмалированных проводов, проводов со стекловолокнистой изоляци ей, лакотканей и др.Оно может найти применение в кабельной и электроизоляционной промьппленносДля тепловой обработки длинномерных изделий, в частности обмоточных проводов с эмалевой, стекловолокнистой изоляцией и других,используются тепловые камеры - печи,в рабочей зоне которых располагаются источники энергии - нагреватели (электронагреватели, газовые форсунки и др«) и куда HenpiepbiBHo подается воздух, В общем случае температура этого воздуха равна температуре смеси потоков воздуха, один из которых посту пает из окружающей атмосферы, а другой имеет более высокую температуру например поток от устройства каталитического сжигания. Таким образом, тепловая энергия в рабочей зоне печи складывается из энергии нагревателей и энергии пода газа, . Теплопередача в тйких печах происходит следующим образом Энергия, вьщеляёйая йагреватейями, нагревает стенки рабочей зоны, от которых нагревается подаваемый в рабочую зону воздух, поэтому Темпе затура стенок вьте температуры воздуха Подача воздуха необходима для осуществления физикр-хиМических процессов в изоляции .и для разбавления продуктов вьщеления во избежание образования взрьгаоопасной концентрации газов в рабочей зоне,, Нагрев обрабатываемых Изделий пр исходит как за счет лучистой, так и за счет конвективной передачи тепла соответственно от нагретых стенок и нагретого воздуха. Температура изделия, например, эмалированного провода.- Трр определяется уравнением вида: -Ш йТпр4 dh dnpjnp - ( где диаметр провода; удельный вес материала проволоки; S-t - коэффициент черноты проволоки; TC - температура стенок тепловой камеры; Tj - температура воздуха в зоне камеры; опр- коэффициент конвективной теплопередачи от газа к проволоке; h - текущая высота камеры. Из уравнения 1 видно, что важнейщими факторами, определяющими нагрев проволоки при пр.очих заданных условиях, являются температура стенок Тс и температура воздуха (газа) Tfto . « ,. . Для стабильного процесса нагревания обрабатываемой продукции необходимо для данных условий обеспечить: . TC. con-st; Ть const, Последние два параметра не остаются неизменными, так как на тепловой режим в рабочей зоне влияют различные факторы, кдторые могут изменяться случайным образом: изменение температуры окружающей среды, изменение условий теплопередачи на наружной поверхности камеры (например изменение скорости воздуха в связи с открытием ворот цеха), изменение количества подаваемого воздуха или его температуры и др, , Поэтому для поддержания стабильности теплового режима нагрева обрабатываемых изделий осуществляют регулированиео Известен способ регулирования режима тепловой обработки эмалируемой проволоки. Этот способ заключается в том, что с помощью термопары непрерьшно измеряют температуру в рабочей зоне печи, при этом под температурой рабочей зоны понимают еле- 10 чи

дзпощее: если в рабочую зону поместить измеритель температуры (например термопару), то он будет находиться под воздействием лучистой энергии разогретых стенок и конвективного, теплообмена газового потока«Температура стенок Тс всегда больше температуры газового потока Т, поэтому измеритель температуры в рабочей зоне показывает температуру Тщ, которая больше температуры воздуха Т

и меньше температуры стенок Тс,

т.ео Таким образом, температура рабочей зоны - это условная температура по которой судят о тепловом режиме в тепловой камере Если какие-либо возмущения приводят к изменению температуры в рабочей зоне, то в зависимости от этого возмущения (или возмущений) темпера тура в рабочей зоне либо увеличивается, либо уменьшается, в результате чего соответственно уменьшают или увеличивают подводимую энергию к нагревателям печи Описанный спо.соб регулирования ши роко применяется в печах различного назначения рассматриваемого типа. I Известный способ регулирования нагрева имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при наличии возмущений теплового режима и поддержания постоянной температуры рабочей зоны Т const он не обеспечивает стабильного режима нагрева обрабатываемой продукции, т.е., если Тги const, то в общем случае Тс const и Ttri const. Следствием этого является недостаточная стабиль ность качества обрабатываемой продук ции. Кроме того, неизбежный относительно большой разброс показателей теплового режима приводит к необходи мости установления скоростей тепловой обработки, соответствующих наиболее неблагоприятным в указанном

вание известных зависимостей позволяет определить TC. и Т соответственно:

Т. Т„-ь (Т, -Tjve- ) г

-|i- -;fij :, (2)

. (a

&C(5l) +0t

TB Т„ + (Тг - Тн)е З разбросе тепловьгх условий, что снижает производительность процесса. Недостатки известного способа объясняются следующим образом. Длинномерные изделия в рассматриваемых тепловых камерах нагреваются за счет лучистой энергии нагретых стенок и конвективной теплопередаот нагретого воздухао Преобразоnhe VlGtl(t+oi) ..i , .§i oi,, f-J- n г температура стенок камеры печи; температура воздуха в камере печи; температура окружающего. воздуха; температура воздуха, подав.аемого в печь; периметр внутренней камеры печи; средний периметр селения печи; расстояние от начала камеры печи до рассматриваемого сечения; ; удельная теплоемкость -йоздуха;расход воздуха, проходящего через камеру печи; количество энергий,подаваемой от нагревателей на единицу площади стенок камеры в единицу времени, коэффициент теплопередачи от. внутренних стенок печи к воздуху, проходящему внут ри печи; о1 - коэффициент теплопередачи от внутренних стенок печи в окружающую атмосферу; oi, - коэффициент теплоотдачи от внутренних стенок печи к воздуху, проходящему внутри печи; ч oij коэффициент теплоотдачи от наружных стенок печи в окружающую атмосферу; S, - толщина стенки, отделяющей нагреватели от внутреннего пространства печи; S. - толщина наружной стенки печи; ( - коэффициент Теплопроводноети стенок печи толщиною . . . S,; . ,- коэффициент теплопроводности изоляции печи толщиною S,. Из уравнения теплового равновесия измерителя температуры, находящегося в условиях лучистого и конвективного теплообмена, следует: Т + -ii2Am. (-Ти-) оС„, 100 Т + iM-r- /-Is-) Л 100 где Т| - температура, измеренная термопарой; oi., - коэффициент конвективного теплообмена спая термопары А 1 - коэффициент черноты спая - термопары . R. существующем способе регулиров ния поддерживают Т const за счет изменения Q,, Тое подводимой от наг ревателей энергии Чтобы определить как меняются Т, и Т при Т„ const -.iD за счет изменения Q, если в реальных пределах меняются, например,такие факторы теплового режима, как тe mepaтypa в. цехе Т, расход воздуха G и дро, с помощью электронно-вычислительной мащины ЕС-1030 исследуют систему трех уравнений (2, 3, 4) для частного случая - нагрева про волоки в вертикальной эмальпечи с рекуперацией тепла. ,-.. Сравнительные результаты расчето и экспериментов показывают несовершенство существующего способа регул ров,ания, ибо он не обеспечивает ста ильность теплового режима обработки родукции, так как Т. const и Т . const, что снижает качество и прозводительность „ Цель изобретения - повьшение качетва изделий. Это достигается тем, что при отконении температуры, измеренной теропарой, от заданной при номинальном епловом режиме изменяют как энергию, одводимую нагревателями, так и энерию теплоты подаваемого в тепловую амеру газа При этом между указанныи двумя составляющими предлагается оддерживать следующее соотношение: In - §«-сГ«сТ+ 11где Q, - количество энергии, подаваемой от нагревателей на единицу площади стенок тепловой камеры в единицу времени;QJ - количество энергии,подаваемой воздухом, на единицу площади стенок камеры в единицу времени; Tj. - температура подаваемого воздуха в номинальном режимеЭто соотнощение получается следукяцим образом. Для стабильности нагрева обрабатываемой продукции необходимо,чтобы соблюдалось условие; Г const, Тв Те const, где Т и xj - соответственно температуры стенки и воздуха в номиналь ном режиме Из формулы 6 следует, что для рещения поставленной задачи должно соблюдаться условие: Tj - ij const С (7) Используя формулы 2,3 и 7, можно получить следующее выражение, определяющее соотношение потоков энергии:fl т «- , оС Гг Ог - cZt-hfИЗ которого и получается выражение 5. Если изменять Q и Q соблюдая условие формулы 5, то будет обеспечено Tg const, Tg const в сечении зоны печи, где располагается тер мопара При этом Q можно изменять путём изменения расхода воздуха илИ путем изменения его температуры. Предлагаемый способ иллюстрируется на примере его применения при эмалировании проводов в тепловых камерах рассматриваемого типа с реку перацией тепла, полученного в результате каталитического сжигания паров растворителя, Эмальпечь типа ВРЕ для эмалирования проводов диаметром 0,6-1,8 мм имеет две зоны, в каждой из которых расположены нагреватели Каждая зона имеет свой вентилятор, который возвращает часть горячего газа.после каталитического сжигания обратно в зону В эмальпечах данного типа за катализатором имеется термопара, которая через соответствующую аппара туру автоматически регулирует заслон ку на трубопроводе выброса газов, обеспечивая постоянство температуры газов за катализатором.Поэтому в пе чах данного типа изменение энергии подаваемой в рабочую зону газов, с учетом того, что уже имеется регулятор, поддерзй1вающий постоянство температуры горячего газа за катализатором, может быть осуществлено путем изменения количества подаваемого в рабочую зону газов На чертеже изображена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа Приведенная блок-схема одинакова для каждой из двух зон Печи, Регулирование по предлагаемому изобретению осуществляется следующим образом. Температура в рабочей зоне печи измеряется с помощью термопары 1,Сиг нал с термопары 1 поступает на усили тель 2 напряжения С выхода усилителя 2 сигнал подается на сравнивающее устройство 3, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный разности между заданной и фактической температурой термопары - сигнал рассогласования. Если обозначить: , - заданная температура термопары. Q - мощность нагревателей при номинальном режиме (при отсутствии возмущений) на единицу площади стенок камеры, то можно записать, что: Q, Q, + K(T;-,TJ, где К - коэффициент пропорциональности . Последнее выражение показывает, что мощность нагревателей Q пропорциональна разности температур заданной и измеренной, причем если Т т;, то Q Г , Q,:Qt Сответственно вырабатывается сигнал рассогласования Указанный сигнал поступает на регулятор 4, вырабатьшающий управляющий сигнал, Управляющий сигнал используется по двум каналам По одному из каналов управляющий сигнал посредством усилителя 5 изменяет мощность нагревателей 6 (Q,.), По другому каналу управляющий сигнал поступает на устройство 7, представляющее собой электронный функциональный преобразователь, сигнал на . выходе которого связан с входным сигнгшом однозначной функциональной связью . . . Сигнал с выхода преобразователя 7 поступает на усилитель 8 мощности, изменяющей частоту вращения вентилятора 9 подачи воздуха в рабочую зону Таким образом, описанная система регулирует изменения мощности нагревателей от сигнала, выработанного регулятором 4, а мощность, вносимая горячим воздухом Qj, регулируется преобразованным в устройстве 7 сигналом Причем функция преобразования в устройстве 7 такова, что в ifoнечном счете обеспечивается соотношение мощностей в следующем виде: Тг Г Ql . На ЭВМ производят расчеты значений температур воздуха - Тр и стенок - Тр для одной зоны эмальпечи при изменении температуры цеха - Т„ и температуры воздуха от катализа- . тора - Т по изобретению В табл

приведены результаты расчетов температур Т-и Т., при этом в ней приняты следующие обозначения:

температура стенок камеры печи;

температура воздуха камеры печи;

температура воздуха от катализатора;

температура воздуха в цехе:, .

расстояние от начала камеры печи до рассматриваемого сечения.

Из данных табл.1 видно, что при весьма, значительных возмущениях температура воздуха Тр и температура стенок Т iB каждой точке по высоте Зоны изменяется при использовании прёйложенного.способа регулирования Яёзначитё;|;1ЬнЬ, а в сечбнии печи,где находятся термопары T-j и Т, вообще не меняется, т.е, тепловой режим обработки эмальпровода достаточно стабилен.

Экспериментальная проверка предложенного способа подтвердила правильность расчётов, при 3toi4 удалось

повысить скорость эмалирования ориентировочно на 10-25% и сократить относительньш процент брака по сравнению с существующим способом на 10%, В то же время аналогичные расчеты и фактические данные показ.ывают, что существующий способ регулирования не обеспечивает стабильного теплового режима обработки проволоки. Соответствующие данные по известному способу регулирования приведены в табл.2.

Из данных табл«2 видно, что -при

тех же значениях возмущающих факторов температура воздуха и стенбк колеблется в больших пределах для существующего способа В частности, при изменении температуры цеха - Т

в пределах 20-40С при существующем способе температура воздуха Т, меняется в начале зоны в пределах 160-170 С, и конце зоны - в пределах 333,1-336 0, а по предлагаемому способу регулирования разброс соответственно меньше на 58 и 45%. Это и объясняет меньшую производительность и больший процент брака при существующем способе,

,Т а б л и ц а 1

283,2

160 288,2 170 160 283,5 170 287,8

Таблица 2

539,6

496,8

391 533,6 492,5

391 496,5 539,5 396,5 533,7 492,8 391,7