Устройство автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной печи

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ГАЗОПЛАМЕННОЙ КАМЕРНОЙ ПЕЧИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гринчук Павел Семенович Шабуня Станислав Иванович Ознобишин Александр Николаевич Торопов Виктор Владимирович Якутович Николай Владимирович Столович Николай Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной печи, содержащее газовые горелки, установленные на боковых стенках камеры печи 75772011.10.30 узел регулирования температуры в зоне расположения заготовки, включающий температурный датчик, установленный на боковой стенке камеры печи, задатчик температуры,электронный регулятор, регулирующее устройство подачи газа узел регулирования соотношения топливо - воздух на газовых горелках, включающий задатчик коэффициента избытка воздуха на газовых горелках, электронный регулятор, регулирующее устройство подачи воздуха газовую и воздушную магистрали, отличающееся тем, что газовые горелки объединены вгрупп горелок в соответствии с формулойб 1 б 2 б 1 б 2,где- общее количество групп горелок, шт. б 1 б 2 - количество групп горелок, в которых горелки расположены на обеих боковых стенках камеры печи, шт. б 1, б 2- количество групп горелок, в которых горелки расположены на боковой (б 1) и противоположной боковой (б 2) стенках камеры печи соответственно, шт. при этом количество горелок в каждой группе горелок б 1 и б 2 составляет не менее двух, а количество горелок в каждой группе горелок б 1 б 2 - четное и одинаковое на каждой из боковых стенок камеры печи, группы горелок бб 2, б 1 и б 2 расположены на боковых стенках камеры печи симметрично относительно продольной и поперечной осей поперечного сечения камеры печи, а количество групп горелок (б 1 б 2, б 1 и б 2), количество горелок в этих группах, а также их местоположение на боковых стенках камеры печи определяют с помощью математической модели камерной печи на вычислительной машине узел регулирования температуры в зоне расположения заготовки содержит два уровня автоматического регулирования температуры в печи, первый из которых включает задатчик температуры итемпературных датчиков, установленных на боковых стенках камеры печи, выходы которых подключены ко входу электронного регулятора, а его выход соединен со входом второго уровня регулирования, включающегоканалов регулирования, количество которых равно количеству групп горелок 1, 2, , , , , каждый-й канал содержит электронный регулятор, выход которого подключен к -му регулирующему устройству подачи газа, соединенному газовыми трубопроводами с -й группой газовых горелок через последовательно включенный -й датчик давления газа, выход которого соединен с входом -го электронного регулятора второго уровня регулирования, и с-м выходом распределительного коллектора газа, вход которого подключен к газовой магистрали, при этом количество температурных датчиков- четное, а расположение температурных датчиков на боковых стенках камеры печи - симметричное относительно продольной и поперечной осей поперечного сечения камеры печи узел регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках содержитканалов регулирования, количество которых равно количеству групп горелок 1, 2 , , , каждый -й канал содержит -й электронный регулятор, вход которого соединен с задатчиком коэффициента избытка воздуха на газовых горелках, а выход которого подключен к -му регулирующему устройству подачи воздуха, соединенному воздушными трубопроводами с -й группой газовых горелок через последовательно включенный -й датчик давления воздуха, выход которого соединен со входом -го электронного регулятора узла регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках, и с -м выходом распределительного коллектора воздуха, вход которого подключен к воздушной магистрали при этом датчик давления газа и датчик давления воздуха для каждой -й группы горелок расположены на расстоянии 3-5 м от горелок данной группы в соответствующих -х газовом и воздушном трубопроводах, а в каждом -м канале регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках -й группы при расчете требуемого расхода воздуха в первоначально по текущему давлению газа г, и экспериментально полученной для рассматриваемой группы горелок диаграмме расход газа - давление газа определяют текущий расход газа г, и далее рассчитывают расход воздуха в для рассматриваемой -й группы горелок по формуле 2 где- коэффициент избытка воздуха в - количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 нм 3 природного газа,нм 3 / нм 3. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электронного регулятора используют, например, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что функции (23) электронных регуляторов осуществляют контроллером на базе, например, микропроцессора.(56) 1. А.с. СССР 1183812 , МПК 27 19/00, 1985. 2. Патент РФ 2030462, МПК 21 11/00, 27 19/00, 1995. 3. Патент РФ 73668 1, МПК 21 11/00, 27 19/00, 2008. 4. Беленький А.М., Бердышев В.Ф., Блинов О.М., Каганов В.Ю. Автоматическое управление металлургическими процессами. - М. Металлургия, 1989. - С. 368-370,рис. 8.11 (прототип). Предлагаемое техническое решение относится к металлургии, в частности к устройствам автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной печи и может быть использовано в металлургической и машиностроительной отраслях промышленности. Известны системы регулирования теплового режима в нагревательной камерной печи,в которой управляемый высокотемпературный нагрев заготовок перед их последующей технологической обработкой осуществляется сжиганием в их замкнутом объеме газообразного топлива с помощью газовых горелок, установленных, например, на боковых стенках камеры печи. Эти системы обычно содержат датчик температуры, установленный в зоне регулирования температуры, регуляторы температуры и соотношения расходов топлива и воздуха и исполнительные механизмы подачи топлива и воздуха на газовые горелки. Так, известна система автоматического регулирования температуры в печи 1, состоящая из датчика и задатчика температуры, регулятора, в которую с целью повышения качества термообработки, введены датчик и задатчик расхода топлива, ограничители минимума и максимума сигнала, реверсивный электропривод переменной скорости, к входу которого подсоединены датчик и задатчик температуры, а выход соединен с входом задатчика расхода топлива, выходы ограничителя максимума сигнала и ограничителя минимума сигнала подсоединены к входам регулятора, причем к входу ограничителя максимума сигнала подсоединены выходы датчика и задатчика температуры, а к входу ограничителя минимума сигнала - выходы датчика и задатчика расхода топлива. Существенными недостатками данной известной системы являются недостаточная равномерность поддерживаемой в камере печи температуры, ограниченные возможности настройки системы на процесс регулирования, недостаточная устойчивость системы автоматического регулирования во всех режимах работы нагревательной печи. Известна другая система автоматического регулирования косвенного радиационного(теплового) режима нагревательной печи периодического действия 2. Она содержит задатчик и датчик регулируемого параметра, например, температуры печи, дифференциатор, вход которого соединен с выходом датчика температуры, первый сумматор, входы которого соединены с задатчиком и датчиком температуры печи, а выход - через регулятор температуры печи - с исполнительным механизмом регулировочного клапана расхода топлива, второй сумматор, входы которого соединены с выходами дифференциатора и задатчика температуры, а выход через регулятор расхода воздуха соединен с исполнительным механизмом регулировочного клапана расхода воздуха. В данной системе введен 3 75772011.10.30 дополнительный сигнал по скорости роста температуры печи, который для регулятора расхода воздуха является информацией о внешнем возмущении и служит для повышения качества регулирования. Недостатком данной системы является недостаточная равномерность поддерживаемой в камере печи температуры и ограниченные возможности настройки системы на процесс автоматического регулирования нагрева во всех режимах работы нагревательной печи. Известна система двухуровневого регулирования тепловым процессом нагревательной печи 3, выполненная в виде двух уровней управления тепловым процессом, причем первый уровень выполнен в виде блочного комплекса ручного задания режима нагрева, а второй - в виде блочного комплекса задания режима по математической модели, при этом второй уровень управления процессом нагрева включает в себя блок регулятора расхода топлива, блок сравнения соотношения газ-воздух, блок сравнения давления по зонам печи и блок сравнения температур по зонам печи. Недостатком данной известной системы является недостаточная равномерность поддерживаемой в камере печи температуры, а также сложность создания математической модели, адекватно и с хорошей точностью описывающей сложные взаимосвязанные процессы тепло- и массообмена в нагревательной печи в условиях достаточно широкого ассортимента и марочного состава нагреваемых изделий. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство автоматического контроля и регулирования газопламенной камерной нагревательной печи, описанное в книге 4 и принятое в качестве прототипа. Устройство содержит газовые горелки, установленные на боковых стенках камеры печи газовую и воздушную магистрали, подающие соответственно газ и воздух на горелки камерной печи узел регулирования температуры в зоне расположения заготовки, включающий температурный датчик (например, термоэлектрический термометр), установленный на боковой стенке камеры печи на уровне заготовки, и задатчик температуры, электронный регулятор(например, пропорциональный или пропорционально-интегральный регулятор), датчик расхода воздуха и регулирующее устройство подачи газа (например, регулировочный дроссель), установленные последовательно на входе в газовую магистраль узел регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках в зоне нагрева,включающий задатчик коэффициента избытка воздуха на газовых горелках, электронный регулятор (например, пропорциональный или пропорционально-интегральный регулятор),датчик расхода воздуха и регулирующее устройство подачи воздуха (например, регулировочный дроссель), установленные последовательно на входе в воздушную магистраль. Недостатком данного устройства являются невысокое качество термообработки заготовок из-за недостаточной равномерности поддерживаемой в камере печи температуры, а также ограниченные возможности настройки устройства на оптимальный процесс автоматического регулирования температуры в печи и соотношения топливо-воздух на газовых горелках во всех режимах работы камерной нагревательной печи. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение качества термообработки заготовок (повышение однородности структуры, снижение брака) за счет увеличения равномерности автоматически поддерживаемой температуры и точности отработки заданного режима термообработки в газопламенной камерной нагревательной печи, расширение возможностей настройки устройства на оптимальный процесс автоматического регулирования температуры в печи и соотношения газ-воздух на газовых горелках во всех режимах работы камерной нагревательной печи. Поставленная техническая задача решается следующим образом. Известное устройство автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной печи содержит газовые горелки, установленные на боковых стенках камеры печи узел регулирования 4 75772011.10.30 температуры в зоне расположения заготовки, включающий температурный датчик, установленный на боковой стенке камеры печи, задатчик температуры, электронный регулятор, регулирующее устройство подачи газа узел регулирования соотношения топливовоздух на газовых горелках, включающий задатчик коэффициента избытка воздуха на газовых горелках, электронный регулятор, регулирующее устройство подачи воздуха газовую и воздушную магистрали. Согласно предлагаемому техническому решению, газовые горелки объединены вгрупп горелок в соответствии с формулойб 1 б 2 б 1 б 2,где- общее количество групп горелок, шт. б 1 б 2 - количество групп горелок, в которых горелки расположены на обеих боковых стенках камеры печи, шт. б 1,б 2 - количество групп горелок, в которых горелки расположены на боковой (б 1) и противоположной боковой (б 2) стенках камеры печи соответственно, шт. при этом количество горелок в каждой группе горелок б 1 и б 2 составляет не менее двух, а количество горелок в каждой группе горелок б 1 б 2 - четное и одинаковое на каждой из боковых стенок камеры печи, группы горелок б 1 б 2, б 1 и б 2 расположены на боковых стенках камеры печи симметрично относительно продольной и поперечной осей поперечного сечения камеры печи, а количество групп горелок (б 1 б 2, б 1 и б 2), количество горелок в этих группах, а также их местоположение на боковых стенках камеры печи определяют с помощью математической модели камерной печи на вычислительной машине узел регулирования температуры в зоне расположения заготовки содержит два уровня автоматического регулирования температуры в печи, первый из которых включает задатчик температуры итемпературных датчиков, установленных на боковых стенках камеры печи, выходы которых подключены ко входу электронного регулятора, а его выход соединен со входом второго уровня регулирования, включающегоканалов регулирования, количество которых равно количеству групп горелок 1, 2, , , , , каждый-й канал содержит электронный регулятор, выход которого подключен к -му регулирующему устройству подачи газа, соединенному газовыми трубопроводами с -й группой газовых горелок через последовательно включенный -й датчик давления газа, выход которого соединен с входом -го электронного регулятора второго уровня регулирования, и с-м выходом распределительного коллектора газа, вход которого подключен к газовой магистрали, при этом количество температурных датчиков- четное, а расположение температурных датчиков на боковых стенках камеры печи - симметричное относительно продольной и поперечной осей поперечного сечения камеры печи узел регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках содержитканалов регулирования, количество которых равно количеству групп горелок 1, 2, , , , , каждый -й канал содержит -й электронный регулятор, вход которого соединен с задатчиком коэффициента избытка воздуха па газовых горелках, а выход которого подключен к -му регулирующему устройству подачи воздуха, соединенному воздушными трубопроводами с -й группой газовых горелок через последовательно включенный -й датчик давления воздуха, выход которого соединен со входом -го электронного регулятора узла регулирования соотношения топливо- воздух на газовых горелках, и с -м выходом распределительного коллектора воздуха, вход которого подключен к воздушной магистрали при этом датчик давления газа и датчик давления воздуха для каждой -й группы горелок расположены на расстоянии 3-5 м от горелок данной группы в соответствующих -х газовом и воздушном трубопроводах, а в каждом -м канале регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках -ой группы при расчете требуемого расхода воздуха в первоначально по текущему давлению газа г, и экспериментально полученной для рассматриваемой группы горелок диаграмме расход газа - давление газа определяют текущий расход газа г, и далее рассчитывают расход воздуха в для рассматриваемой -й группы горелок по формуле 5 где- коэффициент избытка воздуха в - количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 нм 3 природного газа,нм 3 / нм 3. Кроме того, в предлагаемом устройстве автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной печи в качестве электронного регулятора используют, например, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, а функции (21) электронных регуляторов осуществляют контроллером на базе, например, микропроцессора. Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично показано устройство автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной нагревательной печи. На фиг. 2 схематично показан первый уровень управления узла регулирования температуры. На фиг. 3 схематично показан второй уровень управления для -й группы газовых горелок узла регулирования температуры. На фиг. 4 схематично показан -й канал управления для -й группы газовых горелок узла регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках. На фиг. 5 показана схема разбиения газовых горелок экспериментальной камерной печи на группы (вид сверху) для поддержания устойчивой работы печи и высокой равномерности нагрева. На фиг. 6 представлена экспериментальная диаграмма расход газа - давление газа для газового тракта экспериментальной камерной нагревательной печи. На фиг. 7 представлена экспериментальная диаграмма расход воздуха - давление воздуха для воздушного тракта экспериментальной камерной нагревательной печи. На фиг. 8 приведены изменения максимальной разницы в показаниях четырех температурных датчиков, установленных в рабочей камере экспериментальной камерной нагревательной печи в процессе нагрева. На фиг. 9 приведены изменения температуры нагрева различных объектов в экспериментальной печи в процессе ее работы. Заданный режим нагрева поддерживается устройством автоматического регулирования температуры в печи (1 - температура в рабочей камере (4 термопары) 2 - температура металла (заготовка из стали 20). Устройство содержит прямоугольную камеру 1 печи (фиг. 1, вид сверху), на боковых ее стенках расположеногрупп 2 горелок (1, , , 1, , ). В каждую -ю группу 2 горелок входитгорелок (для первой группы горелок - Г 11 Г 11, для -й группы горелок - Г 1, Г для -й группы горелок - Г 11, , Г 1(1) и т.д.). На противоположных боковых стенках камеры 1 печи расположенотемпературных датчиков 3 (п 1 п п). Количество групп 2 горелок , количество горелок в этих группах 1,определяется на вычислительной машине по результатам моделирования с помощью математической модели газопламенной камерной печи. При этомгрупп 2 горелок располагают на боковых сторонах камеры 1 печи таким образом, чтобы соблюдалась их симметрия относительно продольной и поперечной осей поперечного сечения камеры 1 печи (фиг. 1). Условие симметрии относительно продольной и поперечной осей поперечного сечения камеры 1 печи выполняется и для расположенных на боковых сторонахтемпературных датчиков 3 (фиг. 1). Количество датчиков 3- четное. Первый уровень 5 управления (фиг. 1) узла регулирования температуры в камере 1 печи содержит электронный регулятор 21 (фиг. 2), на вход которого поступают выходные сигналы с задатчика 4 температуры рн и температурных датчиков 3 (п 1, , п, , п), а его выход соединен с входом второго уровня 6 управления (фиг. 1). Второй уровень 6 управления узла регулирования температуры в камере 1 печи содержит(1, , ,1, ) каналов регулирования, количество которых равно количеству групп 2 горелок, каждый 6-й канал регулирования содержит электронный регулятор 22 (фиг. 3), выход которого подключен к -му регулирующему устройству 7 подачи газа г, соединенному соответственно газовыми трубопроводами 24 и 9 с -й группой 2 газовых горелок через последовательно включенный -й датчик 8 давления газа Дг (фиг. 1), выход которого соединен со входом -го электронного регулятора 22 второго уровня регулирования, и с -м выходом распределительного коллектора 10 газа, вход которого подключен к газовой магистрали 11(фиг. 1). Узел регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках содержитканалов регулирования 14 (фиг. 1), количество которых равно количеству групп 2 горелок 1, 2, , , , каждый -й канал содержит -й электронный регулятор 23 (фиг. 4), вход которого соединен с задатчиком 13 коэффициента избытка воздуха на газовых горелках, а выход которого подключен к -му регулирующему устройству 15 подачи воздуха в, соединенному соответственно воздушными трубопроводами 25 и 17 с -й группой 2 газовых горелок через последовательно включенный -й датчик 16 давления воздуха Дв, выход которого соединен со входом -ого электронного регулятора 21 узла регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках, и с -м выходом распределительного коллектора 18 воздуха, вход которого подключен к воздушной магистрали 19 (фиг. 1). Для каждой -й группы 2 горелок датчик 8 давления газа Дг (фиг. 1) и датчик 16 давления воздуха Дв расположены на расстоянии 3-5 м от горелок данной группы в соответствующих -х газовом и воздушном трубопроводах. Экспериментальные полученные для каждой -й группы 2 горелок диаграмма 12 расход газа - давление газа и диаграмма 20 расход воздуха - давление воздуха (фиг. 1) используют при определении по текущему давлению газа г и давлению воздуха в соответственно текущих расхода газа г и расхода воздуха в в -й группе 2 горелок. Эти диаграммы заложены в память соответствующих электронных регуляторов 22 и 23. Устройство автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной печи работает следующим образом. Оператор в задатчике 4 температуры рн задает температуру рн, значение которой определяется требуемым режимом нагрева печи. Выходной сигнал с задатчика 4, а также информация о средней температуре ср в камере 1 печи, рассчитываемой по показаниям температурных датчиков 3 п 1, п п по формуле ср(п 1 пп) /,где- количество температурных датчиков 3 на стенках камеры 1 печи, шт., поступают на вход электронного регулятора 21 первого уровня 5 управления температурой в камере 1 печи (фиг. 2). Выходным сигналом электронного регулятора 21 служит общий расход газа на печь г. Если средняя текущая температура ср в печи меньше заданной, то расход газа увеличивается, если температура больше заданной - расход газа уменьшается. Для предотвращения погасания горелок и более стабильной их работы предусмотрены программные ограничения на максимальный и минимальный расход газа. Качество регулирования на этом уровне управления достигается за счет оптимального подбора настроечных параметров электронного регулятора 21 (фиг. 2). Кроме того, на первом уровне 5 управления по общему расхода газа г определяется средний расход газа на одну горелку 1 по формуле 1 г / (1),где 1, , , ( ), ,- количество горелок в соответствующих группах 2 горелок, шт. Каждая -ая группа 2 горелок оборудована одним датчиком 8 давления газа (фиг. 1) и одним датчиком 16 давления воздуха, показания которых используются при управлении расходом газа и расходом воздуха на эту группу горелок (фиг. 1). Функционирование второго уровня 6 управления (фиг. 1), состоящего изканалов управления (по одному для каждой группы 2 горелок), идентичных по структуре построения изображенному на фиг. 3 каналу для -й группы 2 горелок, строится таким образом,7 75772011.10.30 что на каждую группу 2 горелок подается расход, пропорциональный числу горелок в группе, т.е. при любом режиме работы камерной печи устройство для регулирования температуры в печи поддерживает одинаковый расход на всех горелках. Именно на этом этапе регулирования обеспечивается связь между группами 2 горелок, позволяющая избежать разрегулирования в системе и обеспечить устойчивую работу групп 2 горелок,особенно при работе печи в режимах с существенно разнящимися мощностями тепловыделения. На втором уровне 6 управления по каждой -й группе 2 газовых горелок выполняются следующие операции находится общий расход газа г на рассматриваемую -ю группу газовых горелок(фиг. 3) по диаграмме 12 расход газа - давление газа (фиг. 3) расход газа г пересчитывается на давление газа г, в -м газовом трубопроводе 24 рассматриваемой группы 2 горелок. Это давление газа определяет уставку для электронного регулятора 21 (фиг. 3) -го канала управления для рассматриваемой -й группы 2 горелок эта уставка сравнивается с текущими показаниями датчика 8 давления газа (фиг. 1) для рассматриваемой группы 2 горелок и определяется разница их значений по указанной разнице давлений электронный регулятор 21 (фиг. 3) рассматриваемой группы горелок 2 и соответствующее регулирующее устройство 7 подачи газа г (фиг. 1) устанавливают заданное давление в газовом трубопроводе 24 данной группы 2 горелок. Узел регулирования соотношения топливо-газ на газовых горелках выполняет функцию автоматического поддержания требуемого соотношения газ/воздух на газовых горелках и состоит изканалов регулирования 14 на базе соответствующих электронных регуляторов 23 для каждой группы 2 горелок, идентичных по структуре построения изображенному на фиг. 4 -му каналу регулирования для -ой группы 2 горелок. В этом -м канале регулирования -й группы 2 горелок выполняют следующие операции (фиг. 4) по текущему давлению газа г, для рассматриваемой -й группы 2 горелок по диаграмме 12 расход газа - давление газа определяют текущий расход газа г, и далее рассчитывают расход воздуха в для рассматриваемой -й группы горелок по формуле ввг, где- коэффициент избытка воздуха в - количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 нм 3 природного газа, нм 3 / нм 3 по расходу воздуха в с использованием диаграммы 20 расход воздуха - давление воздуха (фиг. 4) находят требуемое текущее давление воздуха в в -м воздушном трубопроводе 25 для -й группы 2 горелок. Это давление воздуха определяет уставку для электронного регулятора 23 (фиг. 4) -го канала управления для рассматриваемой группы горелок эта уставка в сравнивается с текущими показаниями датчика 16 давления воздуха Дв(фиг. 1) для рассматриваемой группы 2 горелок и определяется разница их значений по указанной разнице давлений электронный регулятор 21 рассматриваемой группы 2 горелок и соответствующее регулирующее устройство 15 подачи воздуха в 1 (фиг. 1) устанавливают заданное давление в воздушном трубопроводе 25 данной группы 2 горелок. Высокую гибкость управления и качество регулирования температуры в камерной печи и соотношения топливо-воздух на газовых горелках обеспечивают за счет оптимального подбора настроечных параметров всех электронных регуляторов, входящих в устройство автоматического регулирования температуры в печи и количество которых равно (12). Заметим, что в предлагаемом устройстве автоматического регулирования температуры в газопламенной камерной печи в качестве электронного регулятора используют, например, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, а функции(21) электронных регуляторов осуществляют контроллером на базе, например, микропроцессора. 8 75772011.10.30 Высокая эффективность предлагаемого технического решения проверена экспериментально. Это иллюстрируется приводимым ниже примером. Описанное выше устройство автоматического регулирования температуры реализовано в экспериментальной камерной печи. На боковых стенках прямоугольной камеры печи установлено 10 газовых горелок (Г 1-Г 10, фиг. 5) мощностью 70 кВт. Эти горелки разбиты на четыре группы, как это схематично показано на фиг. 5 группы 1 и 2, в которой горелки расположены на обеих противоположных стенках камеры - соответственно горелки Г 2, Г 7 и Г 4, Г 9 группы 2 и 3, каждая из которых расположена только на одной из боковых стенок камеры, соответственно Г 1, Г 3, Г 5 и Г 6, Г 8, Г 10. Основная цель такого разбиения состоит в достижении максимально симметричного распределения газовых потоков по горелкам, в обеспечении отсутствия или сведении к минимуму различия в давлениях газа и воздуха, подводимых к каждой из 10 горелок. Каждая группа горелок оборудована одним датчиком давления газа и датчиком давления воздуха, по показаниям которых осуществляют управление расходами. Датчики групп расположены в газовых и воздушных магистралях на удалении 3-5 м от горелок. Выполнена тщательная калибровка указанных датчиков и построена диаграмма расход газа - давление газа (фиг. 6) и диаграмма расход воздуха - давление воздуха (фиг. 7) для рассматриваемых групп горелок. В рабочей камере печи установлено 4 температурных датчика (термопары п 1-п 4, фиг. 5). Автоматическое регулирование температуры в печи осуществляется по описанному выше техническому решению. Узел регулирования температуры в печи в первом уровне управления температурой содержит один пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, во втором - 4 пропорционально-интегрально-дифференциальных регулятора, узел регулирования соотношения топливо-воздух на газовых горелках - еще 4 пропорционально-интегрально-дифференциальных регулятора. Для предотвращения погасания газовых горелок и более стабильной их работы предусмотрены программные ограничения на максимальный и минимальный расход газа. Таким образом, автоматическое управление температурой в печи построено на основе девяти пропорциональноинтегрально-дифференциальных регуляторов. В ходе пуско-наладочных и режимно-наладочных работ проведены экспериментальные пуски печи с полезной нагрузкой и определены оптимальные значения настроечных параметров для каждого из девяти пропорционально-интегрально-дифференциальных регуляторов пропорциональный, интегральный и дифференциальный коэффициенты, время регулирования и амплитудно-фазовая характеристика. На фиг. 8 в качестве примера приведена динамика изменения во времени (в процессе нагрева) максимальной разницы в показаниях четырех температурных датчиков, установленных в рабочей камере экспериментальной камерной нагревательной печи, а на фиг. 9 приведены результаты одного из многочисленных экспериментов по измерению температур в рабочей камере (4 термопары) и температур металла (заготовка из стали 20) в процессе работы печи, управляемой данным экспериментальным устройством. Применение данного устройства автоматического регулирования температуры позволило в газопламенной камерной нагревательной печи добиться очень высоких результатов регулирования - равномерности поддержания температуры в рабочей камере на уровне 5 на всех стадиях работы печи. Таким образом, благодаря увеличению равномерности поддерживаемой автоматически температуры и точности отработки заданного режима термообработки в газопламенной камерной нагревательной печи, расширению возможностей настройки устройства на оптимальный процесс автоматического регулирования температуры в печи и соотношения газ-воздух на газовых горелках во всех режимах работы камерной нагревательной печи существенно повысилось качество термообработки заготовок. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 11