Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

Г л а в а 12. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЛАМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Работа современных пламенных проходных термических и на­ гревательных печей не представляется без эффективно действующих схем автоматического регулирования, так как изменение производи­ тельности печи, номенклатуры изделия или заготовки, подвергаю­ щихся тепловой обработке, вызывает одновременное изменение мно­ гих параметров, характеризующих температурный и тепловой гра­ фики и экономичность ее работы.

12.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОНЫ ПЕЧИ КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Крегулируемым величинам, определяющим режим работы печи

икачество нагреваемого металла, следует отнести температуру ра­ бочего пространства печи, соотношение «топливо — воздух», давле­ ние в печи, скорость и температуру нагрева заготовки или изделия.

Наибольший интерес при рассмотрении вопросов, касающихся автоматического регулирования, представляют многозонные проход­ ные термические и методические нагревательные печи. Каждая зона таких печей является самостоятельным объектом регулирования температуры в объеме ее рабочего пространства, соотношения (коэффициента расхода воздуха) «топливо — воздух» и давления. Регулирование температуры газов в зоне в той или иной степени обусловливает косвенное регулирование температуры поверхности металла.

Следует заметить, что температурный режим отдельных зон определяет характер их статических характеристик. Кроме того, различие температурных графиков зон взаимоувязывается статиче­ скими характеристиками.

На рис. 12.1 приведены статические характеристики трехзонной методической печи, имеющей разную температуру в зонах.

Как уже отмечали, режим работы смежных зон существенно влияет на характер статической характеристики рассматриваемой зоны. С целью иллюстрации такого влияния обратимся к рис. 12.2.

Кривая 1 построена для случая, когда во всех зонах печи тем­ пература одинакова. Если же температура в смежных (с рассмат-

285

риваемой) зонах отличается, то статическая характеристика зоны изменяется (кривая 2, рис. 12.2).

Сравнение графиков показывает, что влияние соседних зон изменяет вид статической характеристики, уменьшая коэффициентпередачи объекта, и повышает саморегулирование при поддержании во всех зонах одинаковой температуры.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что статическиехарактеристики зон зависят от тепловой нагрузки и соотношения температур в рассматриваемой и смежных с ней зонах. Наиболее:

в

сложным с точки зрения автоматического регулирования является: одновременный нагрев во всех зонах. При этом коэффициент пере­ дачи объекта, используемый в расчете устойчивости регулирования,, следует выбирать с учетом этих условий.

Ниже запишем возможный вариант уравнения динамики объек­ та регулирования [116]. При написании уравнения динамики прини­ маем допущения: изменение температуры в соседних с рассматри­ ваемой зонах происходит, как и в исследуемой. Последнее исклю­ чает взаимное влияние зон (это условие выполнено для термических печей с регулируемыми зонами, в которых поддерживается одина­ ковая температура). При выводе уравнения динамики рассматри­ вается приведенная теплоемкость зоны без разделения на теплоем­ кости отдельных элементов (садка, кладка и т. п.). Также не учи­ тывается изменение приведенной теплоемкости с изменением температуры в зоне. И, наконец, давление газов в зоне считается постоянным.

Запишем уравнение теплового баланса зоны

286

Выражение (12.5) называется уравнением динамики. Количество теплоты, вносимое в печь, можно представить так:

287

ных т, рк, /„л (0 , А.ух(0> вследствие чего уравнение динамики (12.5) нелинейно.

Чтобы исследовать систему автоматического регулирования зоны, необходимо выполнить линеаризацию указанных функций по методу А. Ляпунова [117]):

рх); QoK=h(t)\

Qr.yx—fs(B; t) И Л И Qr.yx= M m'>Рі<\ О-

Тогда

( 12. 11)

A B = - § t A n + - ^ t Ap"-

288

где іп— заданная (номинальная) температура газов в зоне; /птах— максимальное открытие регулирующего органа;

Рм.іі — номинальное давление газа в коллекторе.

Полученное уравнение (12.16) записываем в несколько ином виде.

Вводим обозначения:

A m

где T — время объекта, сек;

А— саморегулирование объекта;

аі — коэффициент эффективности регулирующего воздействия;

а2— коэффициент эффективности возмущающего воздействия;

Ф— относительное изменение регулируемой величины;

р— относительное изменение регулирующего воздействия; К— относительное изменение возмущающего воздействия.

Поскольку - д^2 - > 0 и ■df* - > 0 , то и Л > 0, а следовательно,

их ох

зона печи обладает положительным саморегулированием. Также очевидно, что