Автореферат (781990), страница 3
Текст из файла (страница 3)
9б). При отношении IОТС/1НОМ > 3, значениепропорциональной составляющей плавно уменьшается. Наиболее сложнойзадачей является определение и настройка пропорциональной составляющейпри значениях «токовой отсечки», как раз в рекомендуемом нами диапазоне 1,5<1ОТС/1НОМ< 2,5 (кривая 1, рис. 9б). Интегральная составляющая ПИ-регулятора,при изменении токовой отсечки, практически не меняется (кривая 2, рис.
9б).12к ,к 2%£5000-,m -од400030,033000 ■б - 0;0б20004 - 0.04 -1000 ■2 - 0,02I otcЕном0ia)0о-I otc1Р и с . 5>26)34IhomНа рис. 10 приведены осциллограммы I(t), иллюстрирующие результатысравнительного исследования систем управления с различными способамиограничением тока.I, АРис. 10Как показывает анализ характеристик, представленных на рис. 10:- все способы организации питания нагревателей позволяют обеспечитьплавный пуск печи;- применение регулятора с дополнительным каналом по току (кривая 1)позволяет снизить бросок тока на нагревателях: на 30% в сравнении с «токовойотсечкой» во внутреннем контуре регулятора (кривая 2); на 70% - спереключением ступеней напряжения трансформатора (кривая 3).Кроме того, система управления с дополнительным каналом по токуболее проста и удобна в настройке.Исследования влияния превышения мощности регулятора на времявыхода печи на режим иллюстрирует рис.11.
Как следует из приведеннойзависимости, увеличение превышения мощности n > 2 не приводит к заметномуснижению времени разогрева печи, зато увеличивает установленную мощность13и стоимость тиристорного регулятора, ip са также уменьшает коэффициентмощности и снижает энергетическуюэффективность системы управления.Этот вывод следует иметь в виду привыборе рационального значения п.
Неслучайно, на практике чаще всеговыбирают регулятор мощности изусловия п ~ 2.Исследованиевлияниякомбинированнойтеплоизоляциипроводилось на базе разработанныхмоделей, представленных выше.Приведенные на рис. 12 осциллограммы распределения температуриллюстрируют влияние неметаллической засыпки на быстродействие системырегулирования и производительность печи. В качестве примера можноотметить, что применение 22 мм слоя засыпки из диоксида циркония позволяет:убрать из печи два молибденовых экрана и снизить мощность тепловых потерьна 30%. На рис.12 кривые 1,3 соответствуют температуры первого экрана итемпературе в печи при применении экранной теплоизоляции; кривые 2,4температуре засыпки и температуры в печи при применении комбинированнойтеплоизоляции.Стоит отметить, что простое увеличение числа экранов в комплектеэкранной теплоизоляции больше семи не позволяет значительно снижатьтепловые потери в установке.
В связи с этим, применение неметаллическойзасыпки может считаться перспективным с целью улучшения энергетическойэффективности установок такого класса.е, °сРис. 1214С=т.руЪ/ы2С, т.руб/м2Рис. 13Четвертая глава посвящена рассмотрению вопросов совершенствованияконструкции теплоизоляции, систем электропитания и управления длявакуумных печей сопротивления на основе проведенных исследований.Для оценки эффективности использования теплоизоляции ВПС былпредложен экономический критерий, связывающий затраты на производствотеплоизоляции (рис.13а, кривая 1) с затратами на электроэнергию(рис. 13а, кривая 2), затраченной при расчетном сроке службы комплектатеплоизоляции.
Такой подход позволяет учесть, что в процессе работы печикомплект теплоизоляции может меняться неоднократно.Исследования оценки качества теплоизоляции с учетом разработанногокритерия показали (рис. 13б):в средне- и высокотемпературных (1150^2000 0С) вакуумных печахсопротивления, можно рекомендовать, применение пакета 4^6 экранов изтугоплавких металлов в комплекте с «несущим» экраном из нержавеющейстали.В соответствие с предлагаемой концепцией проектирования вакуумнойпечи сопротивления с комбинированной теплоизоляцией рекомендуетсяиспользовать следующий алгоритм выбора материалов экранов и засыпки припроектировании комбинированной теплоизоляции, представленный на рис.14.Первым (наиболее горячим) экраном в печи вне зависимости применяетсязасыпка или нет, обязательно необходимо устанавливать металлический экран.Материал первого экрана выбирается, исходя из двух параметров: номинальнойтемпературы в печи, а также требований технологического процесса коднородности рабочего пространства.
При номинальной температуре в печи до1700 0С в качестве первого экрана рекомендуется применять молибден, свыше вольфрам. В случае если технологический процесс накладываетдополнительные требования (например, при термообработке ниобия илитантала) рекомендуется устанавливать первый экран из такого же материала,как и загрузка.15Температура &печидо 1700"сТемпература а печиВыбор материала первого экранасвыше 17йО*СТехнологическим процессРеконстру кция ВПСВы бор м атериала засы пкиПроектирование н о ё о и ВПСГТемпературя в конце слоя засьткиВы бор числа и м атериалов1остальным экрановРис.
14При разработке новых вакуумных печей с комбинированнойтеплоизоляцией необходимо руководствоваться экономическими показателями.Увеличение теплоизоляции на 100 мм (по 50 мм с каждой стороны) не приведетк значительному увеличению габаритных размеров печи. Поэтому в такомслучае можно рекомендовать к применению более дешевые материалы, вчастности циркон. При реконструкции нагревательного блока существующейпечи возникает проблема с ограниченным пространством рабочей камеры. Всвязи с этим, можно рекомендовать к применению оксид циркония (болеедорогой материал в сравнении с цирконом), позволяющий значительно снизитьтепловой поток с применением слоя засыпки всего лишь в пару десятокмиллиметров.Заключительным этапом выбора комбинированной теплоизоляцииявляется определение числа и материалов последующих экранов.
Основнымруководством на этом этапе является значение температуры в конце слоянеметаллической засыпки. По возможности рекомендуется выбирать толщинуслоя засыпки таким образом, чтобы исключить использование дополнительныхэкранов из тугоплавких металлов, т.е. температура на конце слоя засыпкидолжна быть менее 1150 0С, что позволяет использовать в качествеметаллического экрана нихром.Для упрощения и ускорения процесса проектирования вакуумных печейсопротивления с комбинированной теплоизоляцией в работе был разработанпрограммный пакет, позволяющий проводить сравнительные тепловые иэкономические расчеты вакуумных печей.16Данный программный пакет Shield’s Thermal Insulation («Экраннаятеплоизоляция») зарегистрирован в реестре программ для ЭВМ № 2012614489и применяется на кафедре АЭТУС НИУ «МЭИ» для обучения студентов поспециальности «Электротехнологические установки и системы».Программный пакет STI позволяет рассчитывать тепловой поток прилюбой заданной толщине слоя неметаллической засыпки и любом числеметаллических экранов, решая следующую систему уравнений, описывающеютеплопередачу сложного теплообменаБлагодаря разработанному программному пакету (рис.
15) былпроизведен анализ применения различных пористых оксидов в качественеметаллической засыпки для комбинированной теплоизоляции.В качестве примера использования программного пакета, представленырезультаты произведенных тепловых расчетов вакуумной печи сопротивленияСШВ-7,5.9/13. На основании полученных результатов установлено, что17применение слоя засыпки 56 мм из циркона (ZrO2 SiO2) пористостью 53%позволяет снизить мощность теплового потока в печи с комбинированнойтеплоизоляцией на 30%. Это приводит к значительному снижениюустановленной мощности источника питания, тепловых потерь в печи, а такжеповышает экономическую эффективность установки. Проведенные расчетысогласуются с результатами аналитических исследований.В заключении сформулированы основные выводы и результаты подиссертационной работе.В приложении представлены патенты на полезную модель РФрегуляторов температуры, а также свидетельство о регистрации программы дляЭВМ.ЗАКЛЮЧЕНИЕДиссертацияпредставляетсобойзаконченнуюнаучноквалификационную работу, в которой поставлена и решена актуальная задачаповышения энергетической эффективности высокотемпературной вакуумнойпечи сопротивления с экранной теплоизоляцией за счет модернизациинагревательного блока, системы управления установкой, а также на основаниисовременных экономических критериев.На основании выполненных автором исследований получены следующиенаучные и практические результаты:1.
На основании разработанной уточненной модели системы управления смногоступенчатым трансформатором с учетом критерия минимума броска токапоказана целесообразность выбора трансформатора, обеспечивающего«плавный» выход нагревателей на режим за четыре последовательныхпереключения ступеней напряжения.2. Выявлено существенное влияние на максимальный бросок тока внагревательных элементах печи «токовой отсечки», которая длярассматриваемого класса печей не должна превышать значения 2^2,5 1ном.3. Установлено, что применение разработанного регулятора температурыс дополнительным каналом по току позволяет снизить бросок тока нанагревателях: на 30% в сравнении с «токовой отсечкой» во внутреннем контуререгулятора; на 70% - с переключением ступеней напряжения.4. Выявлена зависимость времени выхода печи на режим от превышениямощности и установлено, что увеличение превышения мощности регулятораn > 2 не приводит к заметному снижению времени разогрева печи, затозначительно увеличивает стоимость тиристорного регулятора мощности.5.
На основании разработанного критерия минимума экономическихзатрат установлено, что в средне- и высокотемпературных (1150^-2000 0С)вакуумных печах сопротивления рекомендуется устанавливать пакет из 4^6молибденовых (вольфрамовых) экранов в комплекте с несущим экраном изнержавеющей стали.6. Предложена модификация экранной теплоизоляции с точки зренияснижения мощности тепловых потерь, при которой наиболее нагретые экранызаменяются высокопористой неметаллической засыпкой.187.Предложена методика теплового расчета вакуумных печейсопротивления с комбинированной теплоизоляцией и показано, что применение22 мм слоя засыпки из диоксида циркония позволяет не использовать двамолибденовых экрана, а также снизить мощность теплового потока в печи на30%.Это приводит к снижению установленной мощности источника питания,тепловых потерь в печи, а также повысит экономическую эффективностьустановки.Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
