Нагревательная печь

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

нагревательный печь трубопровод

1. Краткая характеристика устройства, работы и теплового режима нагревательной печи

2. Построение и описание структурной схемы АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

3. Расчёт и выбор оборудования для реализации АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

3.1 Расчёт и выбор закона регулирования и регулятора

3.2 Расчёт и выбор параметров настройки регулятора

4. Построение и описание функциональной схемы АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

5. Спецификация и оборудование

Заключение

Литература



1. Краткая характеристика устройства, работы и теплового режима нагревательной печи

Методические толкательные печи до самого последнего времени удовлетворяли требованиям по производительности и удельному расходу тепла. В последние время наметилась прогрессивная тенденция к увеличению длины заготовки, и как следствие, к увеличению ширины нагревательных печей.

Расширяется применение более совершенных печей с шагающими балками, которые могут работать так же, как и толкательные печи, в режиме методического нагрева.

Тепловой и температурный режим методических печей неизменны во времени. Вместе с тем температура в методических печах значительно меняется по длине печи. Характер изменения температуры по длине печи определяет число и назначения её зон.

Методические печи по числу зон нагрева металла могут быть двух, трёх - и многозонными с односторонним и с двусторонним нагревом металла.

Методическая зона - первая (по ходу металла), с изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную).

Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник.

Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл двигаются навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, то есть утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур.

Зона высоких температур или сварочная - вторая по ходу металла. В этой зоне осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры.

Томильная зона (зона выдержки) - третья по ходу металла. Она служит для выравнивания температуры по сечению металла. В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла.

Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30-50 выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому температура поверхности металла в томильной зоне не меняется.

Подобный трёхступенчатый режим необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине (более на 1м толщины металла). Такие печи называют трёхзонными методическими печами.

В ряде случаев при нагреве тонких заготовок нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как возникший в сварочной зоне перепад температур небольшой. Томильную зону при этом не предусматривают и применяют двухзонные печи - с методической и сварочной зонами.

В других случаях при нагреве металла перед прокаткой на листовых и сортовых станах выполняют четырёх - и пятизонные методические печи для повышения общего температурного уровня печи и получения большей производительности. В этом случае делают две или три сварочные зоны, в каждой из которых устанавливают горелки. Это позволяет повышать температуру в конце (по ходу газов) методической печи, уменьшив её длину и увеличить общую длину зоны высоких температур, в результате чего достигается более форсированный нагрев металла. В зависимости от толщины заготовки в методических печах можно применить односторонний или двусторонний нагрев заготовок. При толщине заготовок до 100 мм двусторонний нагрев не рационален, так как для таких заготовок интенсивный (ускоренный) нагрев поверхности заготовки в сварочной зоне приведёт к удлинению выдержки в томильной камере. Причём увеличение длительности выдержки будет больше, чем выигрыш во времени нагрева в сварочной зоне, достигнутый за счёт применения нижнего обогрева. При одностороннем нагреве заготовки движутся по монолитному поду. Для обеспечения двустороннего обогрева на всю длину сварочной и методической зон делают специальную камеру со своим собственным отоплением.

Выбор конструкции методической печи и графика нагрева зависит от толщины заготовки, пластичности металла в холодном состоянии и теплофизических свойств нагреваемого металла.

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачи металла. При торцевой выдачи необходим один толкатель, который выполняет и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако сточки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества.

Методические нагревательные печи по сравнению с камерными обеспечивают более высокий к.п.д. и более высокий к.и.т. в рабочем пространстве, что объясняется наличием методической зоны.

Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и вида топлива. Тип стана определяет производительность печей, толщину применяемой заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.

Таким образом, основными конструктивными особенностями толкательных методических печей являются:

а) наклонный или прямой под;

б) торцовая или боковая выдача;

в) число зон отопления;

г) конструкция горелок;

д) установка или отсутствие рекуператоров.

Основное оборудование печи:

1) Газопровод;

2) Верхняя сварочная зона;

3) Методическая неотапливаемая зона;

4) Томильная зона;

5) Вентилятор для подачи воздуха;

6) Окно выдачи металла;

7) Дымовой боров;

8) Нижняя сварочная зона;

9) Горелки расположенные равномерно по фронту печи;

10) Рекуператор.



2. Построение и описание структурной схемы АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

Любой проект по автоматизации начинается с разработки структурной схемы.

При разработки структурной схемы автоматического регулирования решают следующие вопросы:

- выбор способа регулирования, выбирается регулируемая величина и регулирующее воздействие;

- выбор задающих и корректирующих воздействий для данной системы;

- выбор комплекта технических средств, на базе которого будет реализована данная система;

- выбор необходимых средств для преобразования измерительных, управляющих, задающих и корректирующих сигналов.

Структурная схема регулирования представляет собой набор отдельных функциональных элементов, выполненных в виде прямоугольника.

Описание структурной схемы АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь.

Расход воздуха в трубопроводе измеряется с помощью сужающего устройства (1), которое преобразует его в перепад давлений . Сигнал с преобразователя поступает на датчик разности давлений (2), где преобразуется в унифицированный токовый сигнал мА. Так как , то в АСР предусмотрен блок извлечения корня (3).

Сигнал с блока (3) поступает на вторичный регистрирующий прибор (4). Вторичный прибор показывает и регистрирует действительное значение расхода воздуха в трубопроводе.

Далее сигнал подаётся на суммирующую часть (6) регулятора.

На суммирующую часть помимо действительного значения расхода воздуха подаётся заданное значение, которое устанавливается с помощью задающего устройства (5).

Действительное и заданное значения сравниваются и выявляется сигнал рассогласования «». Сигнал рассогласования поступает на вход регулирующего блока (7), который формирует управляющее воздействие «y» в виде сигнала 24В.

В системе регулирования предусмотрен блок ручного управления (8) работающий в двух режимах: «Р - ручное управление» и «А - автоматическое регулирование». Для ручного управления предусмотрены кнопки (9): «Б - больше» и «М - меньше».

Напряжение 24В преобразуется с помощью пускателя (10) до величины 220В для привода исполнительного механизма (11). Исполнительный механизм механически сочленён с регулирующим органом (12), установленным в трубопроводе воздуха.

Положение регулирующего органа контролируется с помощью указателя положения (13).



3. Расчёт и выбор оборудования для реализации АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

3.1 Расчёт и выбор закона регулирования и регулятора

Качество работы системы регулирования в первую очередь зависит от правильного выбора регулятора и его настройки для конкретного объекта регулирования.

Объект регулирования характеризуется определёнными статическими и динамическими свойствами, от которых зависит выбор регулятора и другого оборудования системы регулирования.

К динамическим свойствам объекта относятся:

- ёмкость объекта - способность объекта накапливать и удерживать определенное количество энергии;

- самовыравнивание объекта - способность объекта после нарушения равновесия приводить регулируемую величину к некоторому постоянному значению самостоятельно;

- запаздывание объекта - свойство объекта изменять регулируемую величину не сразу с момента возмущения, а через некоторое время, которое называется временем запаздывания.

Динамические свойства и параметры объектов регулирования определяются с помощью искусственно снятых динамических характеристик. Наиболее просто снимается кривая разгона, которая получила наибольшее применение при настройки АСР тепловых и технологических объектов.

Кривая разгона - график изменения регулируемой величины во времени при подаче на вход объекта скачкообразного возмущения, равного единицы ( хода регулирующего органа).



Рисунок 1. Динамическая характеристика

Исходные данные для расчета.

Динамическая характеристика.

Входная величина - положение регулирующего органа, % хода вх - % хода регулирующего органа.

Выходная величина - расход газа или воздуха вых -

Вид датчика - датчик разности давлений Метран 100 ДД.

Максимальное возмущение в=15%.

Требования к качеству регулирования.

Допускаемое динамическое отклонение .

Допускаемое остаточное отклонение

Допускаемое время регулирования

Допускаемое перерегулирование 100%=0.

Исходя из формы динамической характеристики определяется вид объекта. Вид объекта статический.

Методом графического построения определяется:

- коэффициент передачи объекта - коэффициент передачи, равный скорости изменения регулируемой величины при подачи в объект единичного, скачкообразного возмущения,

- запаздывание - свойство объекта изменять регулируемую величину не сразу с момента возмущения, а через некоторое время которое называется временем запаздывания,

- постоянная времени - условное время, за которое регулируемая величина достигает нового установившегося значения, если бы она изменялась с постоянной начальной скоростью,

- степень инерционности - отношение запаздывания к постоянной времени,

Выбор типа регулятора.

Тип регулятора (непрерывный, релейный или импульсный) ориентировочно выбирается по величине степени инерционности .

Таблица 1. Тип регулятора

	Тип регулятора
Меньше 0,2	Релейный
Меньше 1	Непрерывный
Больше 1	Непрерывный или импульсный

Выбирается непрерывный регулятор.

Выбор типового переходного процесса регулирования.

Типовой процесс регулирования выбирается в зависимости от требований к устойчивости и точности поддержания регулируемой величины в переходном процессе.

Так как величина допустимого перерегулирования составляет, 0% то выбирается апериодический переходный процесс.

Определение динамического коэффициента регулирования.

Так как выбран регулятор непрерывного действия, то необходимо определить величину динамического коэффициента регулирования.

Динамический коэффициент регулирования - величина, показывающая степень воздействия регулятора на объект регулирования уменьшающая динамическое отклонение регулируемой величины.

Определение простейшего закона регулирования.

Простейший закон регулирования (И, П, ПИ или ПИД) определяется по номограмме для выбранного апериодического переходного процесса.

Рисунок 2. Номограмма . По номограмме выбирается ПИД регулятор

1. И - регулятор; 2. П - регулятор; 3. ПИ - регулятор; 4. ПИД - регулятор



Определение времени переходного процесса для выбранного ПИД закона регулирования.

Необходимо проверить обеспечит ли выбранный ПИД закон регулирования заданное допустимое время регулирования (tp доп).

Для этого определяется относительное воемя регулирования .

Относительное время регулирования определяется по номограмме для выбранного апериодического переходного процесса и выбранного ПИД закона регулирования.

1. И - регулятор; 2. П - регулятор; 3. ПИ - регулятор: 4. ПИД - регулятор

Рисунок 3. Номограмма . По номограмме (рисунок 2)



Определяется .

По найденной величине определяется абсолютное время регулирования . Полученное время регулирования необходимо сравнить с допустимым временем регулирования .

Полученное время регулирования меньше допустимого значения следовательно выбранный ПИД закон регулирования обеспечит требуемую устойчивость переходного процесса

Выбор конкретного типа регулятора.

После выбора закона регулирования необходимо выбрать вид регулятора (гидравлический, пневматический или электрический) для реализации полученного закона регулирования.

При выборе вида регулятора необходимо руководствоваться следующими достоинствами и недостатками регуляторов:

1) Гидравлические регуляторы надежно работают в условиях вибрации, запылённости, загрязнённости, повышенной температуры, имеют большую выходную мощность и так далее.

Однако их номенклатура не позволяет создавать сложные законы регулирования, сложные системы автоматизации, они имеют ограниченное расстояние между регулятором и объектом.

2) Пневматические регуляторы могут обеспечивать любой закон регулирования, создавать систему любой сложности.

Однако они требуют сложного оборудования для подготовки сухого и чистого сжатого воздуха, требуют абсолютной герметичности соединительных линий, допускают передачу управляющих и измерительных сигналов на расстояние не более 300м. Пневматические регуляторы нашли применение для регулирования параметров во взрывоопасных, пожароопасных и газоопасных производствах.

3) Электрические регуляторы получили наибольшее применение.

Они могут передавать сигналы практически на неограниченное расстояние, имеют широкую номенклатуру измерительных, регулирующих и исполнительных устройств, позволяющих создавать современные сложные системы регулирования и управления. Электрические регуляторы должны устанавливаться в чистых взрывобезопасных и пожаробезопасных помещениях, оборудованных приточной и вытяжной вентиляцией. По принципу управления исполнительным механизмом электрические регуляторы бывают релейноимпульсные и аналоговые. Импульсные регуляторы работают совместно с электродвигательными исполнительными механизмами и дроссельными регулирующими органами. Аналоговые регуляторы работают в комплекте с пропорциональными исполнительными устройствами и широко используются в качестве корректирующих регуляторов в каскадных системах регулирования. Электрические регуляторы могут работать непосредственно с естественными сигналами или с датчиками унифицированного сигнала постоянного тока или напряжением. Современные электрические регуляторы выпускаются в составе комплектов технических средств автоматизации, в которые входят различные функциональные блоки и модули для предварительной обработки информации и позволяющие реализовать современные сложные системы регулирования и управления. Особое место занимают микропроцессорные регулирующие устройства. В этих устройствах процесс регулирования ведётся с помощью выбранного алгоритма управления, входящего в его виртуальную структуру.

В курсовом проекте выбирается электрический регулятор.

3.2 Расчёт и выбор параметров настройки регулятора

Параметры статической настройки регулятора и системы регулирования.

В процессе статической настройки производится предварительная наладка регулятора и системы регулирования.

В процессе статической настройки выполняются следующие наладочные работы:

1) Проверяется правильность и полярность (фазировка) подключения входных сигналов, сигнала задания, сигналов управления исполнительным механизмом и регулирующим органом.

Полярность, фазировка и направление регулирующего воздействия регулятора должны быть направлены в сторону управления рассогласования.

2) Производится расчёт и установка масштабных коэффициентов для подстройки величины сигналов, подаваемых на вход суммирующей части регулятора.

Для этого необходимо иметь статические характеристики по каждому входу относительно регулирующего воздействия. По статическим характеристикам определяется коэффициент передачи по каждому из входных сигналов. Входной сигнал, имеющий наибольший коэффициент передачи подаётся на вход регулятора через коэффициент масштабирования, равным единице, остальные входные сигналы подстраиваются на величину, меньшую, во сколько их коэффициенты передачи меньше коэффициентов передачи основного сигнала.

3) Выбирается и устанавливается диапазон действия внешнего задающего устройства.

Диапазон действия задатчика должен соответствовать диапазону изменения заданного значения регулируемой величины в процессе управления технологическим процессом.

4) Обеспечивается балансировка измерительной части регулятора при отсутствии входных сигналов или при заданном значении регулируемой величины (или соотношения нескольких величин).

Балансировка производится путём подключения к выходу измерительной части регулятора контрольного прибора и установки его в равновесие с помощью специального корректора.

5) Устанавливается необходимый диапазон перемещения регулирующего органа и исполнительного механизма, то есть диапазон необходимого регулирующего воздействия.

Выбранное регулирующее воздействие (изменение расхода регулирующего потока Q макс-Q мин) должны полностью устраивать все возможные отклонения регулируемой величины и обеспечить заданное значение параметра. Необходимое регулирующее воздействие выбирается путём расчёта и выбора размера регулирующего органа и настройки его сочленения с выходным валом исполнительного механизма. Для установки заданного диапазона перемещения регулирующего органа необходимо правильно настроить длину и расположение рычагов и тяг, связывающих исполнительный механизм с регулирующим органом, так чтобы соотношение перемещений механизма и затвора регулирующего органа было пропорциональным и линейным.

После настройки крайних заданных положений регулирующего органа и выходного вала исполнительного механизма необходимо настроить ограничители перемещения исполнительного механизма в крайних положениях выходного вала. В пневматических и гидравлических регуляторах для этого используются механические упоры, установленные в крайних положениях. В электрических исполнительных механизмах для этой цели используют конечные выключатели, встроенные в исполнительные механизмы. Конечные выключатели настраиваются смещением кулачков, управляющих микропереключателями с размыкающими и замыкающими контактами. Размыкающие контакты обычно включаются в цепи управления исполнительным механизмом от регулятора или органом ручного управления в сторону «Больше» и «Меньше». Замыкающие контакты включаются в схему сигнализации достижения этих крайних положений исполнительного механизма или в схему переключения и логического управление процессом.

Дополнительно предусмотрены также механические упоры.

Динамические настройки регулятора.

Динамическая настройка регулятора и системы регулирования служит для получения устойчивого регулирования, удовлетворяющего заданным требованием качества переходного процесса. Конкретные параметры динамической настройки зависят от выбранного закона регулирования, а их численные значения - от динамических свойств и параметров объекта регулирования.

Параметры настройки пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторов.

ПИД - регуляторы перемещают исполнительный механизм (регулирующий орган) пропорционально отклонению регулируемой величины (П - часть), интегралу отклонения регулируемой величины во времени (И - часть) и скорости отклонения регулируемой величины (Д - часть). При отклонении регулируемой величины в первый момент регулирующее воздействие вырабатывает Д - часть, улучшая чувствительность регулятора, затем П - часть за счёт обратной связи останавливает исполнительный механизм, обеспечивая устойчивость регулирования, а потом И - часть приводит параметр к заданному значению.

Уравнение регулятора:

где: y - перемещение исполнительного механизма (регулирующий орган).

- отклонение регулируемой величины (рассогласование).

- параметры динамической настройки ПИД - регулятора.

- коэффициент пропорциональности (коэффициент передачи, предел пропорциональности) регулятора.

- постоянная времени интегрирования - параметр настройки И - части регулятора.

- постоянная времени дифференцирования (предварения) - это условное время, в течении которого на управляющий сигнал регулятора воздействует Д - часть.

Дифференциальная часть регулятора обычно формируется реального дифференцирующего звена (дифференциатора), которое включается в структурную схему регулятора или подключается к нему в виде отдельного блока (блока дифференцирования, предварения).

Применение Д - части увеличивает чувствительность срабатывания регулятора, уменьшает динамическую ошибку регулирования.

Существуют регуляторы с обратным дифференцированием (предварением) в которых, наоборот, Д - часть производит задержку формирования управляющего сигнала. Такое преобразование называетсч апериодическим (А - преобразованием). А - преобразование широко используется для устранения колебаний регулируемой величины (демпфирование рассогласования), для ограничения скорости изменения регулируемой величины и так далее.



4. Построение и описание функциональной схемы АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

Функциональная схема - это основной проектный документ по автоматизации технологических процессов.

При разработки функциональной схемы решаются следующие вопросы:

- выбор системы контроля, регулирования, управления, защиты и сигнализации параметров проектируемого документа;

- выбор способов контроля, регулирования, управления, защиты и сигнализации;

- выбор конкретного оборудования для реализации систем контроля, регулирования, управления, защиты и сигнализации;

- выбор размещения аппаратуры АСР.

Расход воздуха трубопроводе измеряется с помощью сужающего устройства, которое преобразует его в перепад давлений . Сигнал с преобразователя поступает на датчик перепада давлений типа Метран 100 ДД, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал , так как , то в АСР предусмотрен блок извлечения корня. Сигнал с блока извлечения корня поступает на вторичный прибор показывающий регистрирующий и цифровой типа Диск - 250 М. Вторичный прибор показывает и регистрирует действительное значение расхода воздуха в трубопроводе.

Далее сигнал подаётся на суммирующую часть регулятора расхода.

На суммирующую помимо действительного значения расхода подаётся заданное значение, которое устанавливается с помощью задающего устройства.

Действительное и заданное значения сравниваются и выявляется сигнал рассогласования.

Регулятор формирует управляющее воздействие в виде сигнала 24В.

В системе регулирования предусмотрен блок ручного управления работающий в двух режимах: автоматическое регулирования и ручное управление.

Напряжение 24В преобразуется с помощью пускателя бесконтактного, реверсивного до величины 220В для привода механизма электрического однооборотного типа МЭД, установленным в трубопроводе воздуха. Положение клапана контролируется с помощью указателя положения.



5. Спецификация на оборудование

Таблица 2

Наименование системы	Пози-ция	Наименование оборудования	Тип	Количество	Примечание
Регулирование расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь	1 а	Устройство сужающее		1
	1 б	Датчик перепада давлений	Метран 100 ДД	1
	1 в	Блок извлечения корня		1
	1 г	Прибор показывающий, регистрирующий и цифровой	Диск 250М	1
	1 д	Устройство задающее		1
	1 е	Регулятор расхода		1
	1 ж	Блок ручного управления		1
	1 и	Пускатель бесконтактный, реверсивный		1
	1 к	Механизм электрический, однооборотный	МЭД	1
	1 л	Клапан регулирующий, двухседельный		1
	1 м	Указатель положения		1



Заключение

В курсовом проекте была дана краткая характеристика устройства, работы и теплового режима нагревательной печи.

Была построена и описана структурная схема АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь.

Произведён расчёт и выбор аппаратуры для реализации АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь:

- расчёт и выбор закона регулирования и регулятора;

Выбран ПИД закон регулирования для апериодического переходного процесса.

- выбран электрический регулятор;

- расчёт и выбор параметров настройки регулятора.

Для динамической настройки рассчитаны:

Кр - коэффициент пропорциональности=0,016;

Ти - время интегрирования=0,48с;

Тд - время дифференцирования=0,08с.

Была построена и описана функциональная схема АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь.

Сделана спецификация на оборудование.



Литература

1. Методическое пособие «Определение кривой разгона объекта управления».

2. Методическое пособие «Расчёт и выбор регулятора и параметров настройки».

3. Методическое пособие «Расчёт и выбор органа регулирования и исполнительного механизма».

4. Беленький А.М. Автоматическое управление металлургическими процессами. - М: Металлургия, 1989.

5. Глинков Г.Н., Манковский В.А. АСУ ТП в чёрной металлургии. - М: Металлургия, 1989.

6. Горшков Б.И. Автоматическое управление - М: Издательство центр «Академия», 2003.

7. Гуров, Почныкин. Автоматизация технологических процессов. - М: Высшая школа, 1992.

8. Клюев А.С., Глазов Б.В. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - М: Энергоатомиздат, 1989.

9. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация. - М: Академия, 2008.

10. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Металлургия, стандартизация и технические средства измерения. - М: Высшая школа, 2001.

11. Шандаров Б.В., Чудаков А.Д. Технические средства автоматизации. - М: Издательский центр «Академия», 2007.

12. Шишмарёв В.Ю. Автоматика. - М: Издательский центр «Академия», 2005.

Размещено на Allbest.ru

...