Диссертация (781991), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Так, например, американская компания SolarСтраница | 24Manufacturing провела ряд исследований по модификации углеродистойтеплоизоляции[62].Совершенствованиетеплоизоляциидостигалосьустановкой между слоями углеродистых композиционных материалов,графитовыхэкрановсболеенизкимзначениемстепеничерноты,позволяющим использовать экраны для снижения теплового потока нетолько теплопроводность, но и излучением.Рис.1.8. Комбинированная углеродистая теплоизоляция SolarManufacturing Inc.Как показано в [62], применение комбинированной теплоизоляциипозволяет снизить тепловой поток в печи на 50÷60%. Аналогичный способможет быть применен и к экранным ВПС, а в качестве засыпки можноиспользовать пористые оксиды.Учитывая всё вышесказанное, совершенствование конструкций ВПС сэкранной теплоизоляцией должны быть в первую очередь направлены наразработку плоских ленточных нагревателей с высоким значением площадиизлучаемой поверхности, тепловых моделей таких нагревателей, а также наэкономическо-эффективныйкомбинированнойвыбортеплоизоляциитеплоизоляциисиспользованиемиразработкусовременныхматериалов.Страница | 251.3.
Системы управления нагревателями с высоким значениемкоэффициента электрического сопротивленияОсновным фактором, влияющим на разработку системы управлениянагревательными элементами ЭПС любого типа, является зависимостьудельногоэлектрическогосопротивленияматериаланагревателяоттемпературы [8,23,30,36,49].Рис.1.9.
Зависимости удельного электрического сопротивленияразличных материалов от температурыКак показывает рис. 1.9 материалы нагревательных элементов взависимости от их температурной характеристики удельного электрическогосопротивления можно разделить на 3 типа:1. с убывающей характеристикой. К материалам данного типа,применяющимсявкачественагревателейэлектрическихпечейсопротивления, относятся диоксид циркония и хромит лантана.2. с неизменной характеристикой. К материалам данного типаотносятся графит иуглерод-углеродистые композиционные материалы,Страница | 26применяющиеся в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления, атакженихромыифехрали,которыенашлиприменениявсреднетемпературных ЭПС.3.
с возрастающей характеристикой. К материалам данного типаотносятся тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, тантал, ниобий),применяющиесяввакуумныхпечахсопротивлениясэкраннойтеплоизоляцией, а также дисилицид молибдена, который используется ввысокотемпературных ЭПС.Применение материалов первого и второго типа не приводит кусложнению системы управления ЭПС. В исследуемых в данной работевакуумных печах с экранной теплоизоляцией применяются материалытретьего типа. С учетом своей характерной особенности (высокое значениетемпературногокоэффициентаэлектрическогосопротивления)онинакладывают дополнительное требование к проектированию системыуправления. В связи с тем, что электросопротивление нагревателя,выполненного из тугоплавких металлов, при нагреве и охлажденииизменяется в 10÷15 раз, а, следовательно, во столько же раз (в соответствии сзаконом Ома) изменяется и ток, протекающий по нагревателю.
Столь резкийбросок тока негативно сказывается на качестве нагревательных элементовпечи, а также значительно сокращает срок их службы.Кроме того, опыт эксплуатации ВПС с экранной теплоизоляциейговорит о необходимости бережного подключения и контроля нагревателейвне зависимости от применяемых материалов (но для тугоплавких металловэто условие обязательно должно выполняться). Поэтому на практикеиспользуютразличныеспособыуменьшенияколебаниймощности,выделяемой в нагревателях, при изменении их температуры [1,4].Классическим можно считать способом ограничения мощности нанагревателях с применением трансформаторов с большим числом ступенейнапряжения.
За счет постоянного изменения напряжения в процессеразогрева печи осуществляется «плавный» пуск нагревателей в холодномСтраница | 27состоянии. Недостатком такого метода является отсутствие рекомендаций повыбору трансформаторов для печей такого типа [51]. С учетом возможностейсовременных методов моделирования одной из важных задач можно считатьразработкумоделей(§позволяющих2.4),выбратьоптимальныйпонижающий трансформатор, согласно критерию минимума броска тока.Другим способом ограничения мощности является прямое ограничениетока на нагревателях за счет применения «токовой отсечки» и обратной связипо току в самом регуляторе. Такой метод позволяет отказаться отприменения трансформатора с большим числом ступеней напряжения, атакже включать печь на номинальное напряжение. Например, компания ООО«Термокерамика» разработала для работы с такими нагревателями регулятортемпературы «Термолюкс Т-020».
В этом приборе благодаря наличиюдополнительной обратной связи по току реализована функция непревышениязаданного тока. Стоит отметить, что в большинстве исполнений тиристорныхрегуляторов мощности токовую отсечку не применяют. Более того, введениетоковой отсечки возможно только при использовании фазоимпульсногоспособа управления тиристорами регулятора мощности, в то время как дляпечейсопротивленияприменяютимпульсное(релейное)управлениетиристорами, позволяющее уменьшить стоимость при сохранении качества иточности регулирования.В связи с вышесказанным, разработки по совершенствованию системуправления ВПС должны быть направлены на разработку регуляторовтемпературы,позволяющихмикропроцессорныхрасширитьконтроллеровдляприменениеосуществлениястандартныхэлектропитаниянагревателей из тугоплавких металлов.Страница | 281.4.
Формулирование целей и задач исследованийКак было отмечено ранее, для всех технологических процессов, когдатребуется повышенная чистота рабочего пространства печи или необходимамалаятепловаяинерция,неизбежноприменениеВПСсэкраннойтеплоизоляцией. Кроме того, в России наблюдается ежегодный ростстоимости электроэнергии.В связи с этим, целью данной работы является повышениеэнергоэффективностивакуумныхпечейсопротивлениясэкраннойтеплоизоляцией.Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решеныследующие задачи:1. Анализ состояния развития вакуумных печей сопротивления,особенности выполнения конструкций нагревательных блоков печей,влияние технологического процесса, реализуемого в установках.2. Разработка уточненных моделей вакуумных печей сопротивления сэкранной и комбинированной теплоизоляцией под решение конкретныхзадач.3.
Исследование влияния числа ступеней переключения напряжениятрансформатора на максимальный бросок тока в нагревателях вакуумныхпечей сопротивления, выполненных из тугоплавких металлов.4. Исследование динамических характеристик вакуумных печейсопротивления при использовании различных способов ограничения тока врегуляторах температуры.5. Исследование влияния нелинейности регулятора мощности напоказатели переходных процессов в вакуумных печах сопротивления.6. Исследование рационального выбора комплекта теплоизоляция сучетом разработанного критерия минимума экономических затрат.7.Разработкаметодикитепловогорасчетавакуумныхпечейсопротивления с комбинированной теплоизоляцией.Страница | 298. Разработка программного пакета для исследования материалов,которые целесообразно применять в качестве неметаллической засыпки вкомбинированной теплоизоляции вакуумной печи сопротивления.Страница | 30Выводы по главе 1Анализ состояния развития вакуумных печей сопротивления определилдва основных направления научных исследований: конструкция установки исистема управления.Совершенствование конструкций ВПС с экранной теплоизоляциейдолжны быть в первую очередь направлены на разработку нагревателей свысоким значением площади излучаемой поверхности, тепловых моделейтакихнагревателей,теплоизоляциииатакжеразработкунаэкономическо-эффективныйкомбинированнойвыбортеплоизоляциисиспользованием современных материалов.Совершенствование систем управления ВПС должны быть направленынаразработкуприменениерегуляторовстандартныхтемпературы,позволяющихмикропроцессорныхрасширитьконтроллеровдляосуществления электропитания нагревателей из тугоплавких металлов, атакже отказаться от применения многоступенчатых трансформаторов.Страница | 312.
МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ, СИСТЕМЫЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНЫХПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ2.1. Постановка задачи по разработке уточненных моделейРегулирование температуры ЭПС осуществляется за счет изменениямощности,потребляемойнагревателямиизпитающейсети,т.е.исполнительным устройством в системе автоматического управлениятемпературным режимом печи сопротивления является регулятор мощности.Внастоящеевремяпромышленныйрегулятортемпературыпечисопротивления [1,33,34,41,58] выполняется в виде набора следующихфункциональных элементов (рис.
2.1):- задающего устройства З, служащего для ручного или автоматическоговвода заданного значения регулируемой температуры;- вычислительного устройства ВУ, выполняющего функции сравнениядействительного и заданного значения температуры и вырабатывающеготребуемый закон регулирования;- исполнительного элемента (регулятора мощности) РМ, изменяющеговводимую в печь мощность;- датчика температуры печи ДТ.Рис.2.1. Функциональная схема системы регулирования температуры ЭПСНарис.2.2представленаструктурнаясхеманепрерывногорегулирования температуры с ПИД-законом регулирования.Страница | 32Рис.2.2. Структурная схема системы непрерывного регулированиятемпературы ЭПС с ПИД-законом регулированияЭлектрическая печь сопротивления с точки зрения управленияпредставляет собой сложную систему, состоящую, в общем случае, изнагревателя,футеровкииизделия,характеризующихсяразличнымитеплотехническими параметрами и связанных друг с другом процессамитеплопередачи.
Это обстоятельство чрезвычайно усложняет расчет тепловыхпереходных процессов и анализ динамики процессов регулирования.С повышением требований к точности и качеству регулированиятемпературы и возможностью реализации сложных алгоритмов управленияна основе микропроцессорных средств возникает необходимость разработкиуточненных моделей ЭПС и регулятора температуры, которые бы в большейстепениучитывалиособенностипроцессовтеплопередачиитеплотехнические параметры отдельных элементов печи.Традиционно ЭПС в регуляторах температуры представляют в виделинеаризованного звена с передаточной функцией [1,50]:Wп () =п,п + 1(2.1)где K п – коэффициент передачи печи; T п – постоянная времени печи.Такое представление ЭПС, как объекта управления позволяет решатьряд задач, при моделировании систем управления и регулятора температуры.Страница | 33Несмотря на то, что ЭПС, как объект управления, является неоднородным(включающим в себя как минимум 3 элемента) система управленияснабжаетсяоднимрегулятороммощности,однимрегулирующимустройством и одним датчиком обратной связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
