СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОХЛАЖДАЮЩИХ СЕКЦИЙ ТУННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ПЛОСКОГО СТЕКЛА
METHOD AND APPARATUS FOR REGULATING COOLING SECTIONS OF TUNNEL FURNACE FOR PLANE GLASS

Печь для отжига плоского стекла представляет собой туннельную печь, снабженную средствами нагрева и охлаждения, позволяющими отслеживать термический цикл контролируемого охлаждения стеклянной ленты. Она размещена на выходе оловянной ванны в линии изготовления в соответствии со флоат-способом или на выходе печи для варки и кондиционирования линии изготовления листового стекла.
Известная туннельная печь состоит из различных последовательных зон, традиционно определяемых как следующие:
Зона А0: Зона возможного входа при необходимости особой обработки,
Зона А: Зона предварительного кондиционирования,
Зона В: Зона отжига,
Зона С: Зона непрямого охлаждения,
Зона D: Зона прямого умеренного охлаждения,
Зона F: Зона прямого окончательного охлаждения, и последняя зона туннельной печи.
В зонах А0, А, В и С контроль охлаждения стекла обеспечивается лучистым теплообменом с холодными частями, в общем называемыми теплообменниками, или нагревательными элементами, как, например, электрическими нагревателями, тогда как в зонах D и F охлаждение осуществляется конвекцией нагнетаемого воздуха.
Наиболее критическая фаза цикла отжига плоской стеклянной ленты находится в зонах А, В и С, в которых стекло находится в вязкоупругом состоянии, позволяющем ослабить напряжения, полученные в предыдущих фазах получения стекла, в частности, при формовании ленты.
В этих зонах градиенты температур, весьма значительные по ширине стеклянной ленты, приводят к чрезмерным напряжениям в процессе последующего охлаждения, способным вызвать разрушение стекла или проблемы при резке на стадии окончательной обработки. Таким образом, важно окончательно контролировать продольное и поперечное распределение температур стеклянной ленты, особенно в зонах АВС.
Пример конструкции из известного уровня техники излучающих зон А, В и С описан ниже и схематично представлен в поперечном разрезе на фиг.1 приложенных чертежей. Для большей ясности на ней представлены трубчатые теплообменники 2, параллельные перемещению стеклянной ленты 1, размещенные над и по ширине стеклянной ленты. Теплообменники, размещенные под лентой, здесь не представлены, так как являются средствами нагрева, которые будут объектом специального описания.
В теплообменниках 2 циркулирует воздух при температуре, значительно меньшей, чем температура стекла. Как показано на фиг.2, этот расход воздуха контролируется в каждом теплообменнике с помощью регулировочного клапана 3, установленного на входе или на выходе каждого теплообменника для того, чтобы регулировать температуру его поверхности, размещенной у стекла. Лучистый теплообмен между теплообменником и стеклом связан с разностью их температур, возможно также регулирование охлаждающей способности каждого теплообменника для получения желаемой температуры стекла в каждой точке ширины ленты. Расход воздуха, циркулирующего в теплообменнике 2, контролируется регулятором температуры, который управляет клапаном 3 в зависимости от разности между заданным значением температуры и значением, поступающим от элемента 4 измерения температуры, в частности термопары, встроенной на входе каждой зоны по оси рассматриваемого теплообменника. Излучающая зона содержит, таким образом, по ширине стеклянной ленты множество независимых одна от другой петель регулирования, содержащих каждая регулировочный клапан 3, задающий охлаждающую мощность теплообменнику 2 в зависимости от информации, выдаваемой соответствующим элементом 4 измерения температуры.
1
1
В соответствии с фиг.4 каждая точка Р поверхности стеклянной ленты «видит» теплообменник 2 в соответствии с углом α, называемым «углом излучения», который характеризует величину, пропорциональную мощности охлаждения каждого теплообменника в этой точке стеклянной ленты. Этот угол излучения зависит от размера теплообменника и его положения относительно листа стекла. Он, таким образом, связан с геометрией туннельной печи.
2
2
В соответствии с фиг.5 та же точка Р «видит» также соседний теплообменник 2 в соответствии с углом α.
В этих излучающих зонах каждая точка стеклянной ленты охлаждается, таким образом, лучистым теплообменом с трубчатым теплообменником, размещенным строго по вертикали от рассматриваемой точки, а также соседними теплообменниками.
В соответствии с известным уровнем техники влияние соседних теплообменников нарушает регулирование температуры стекла в связи с тем, что информация, выдаваемая каждым элементом измерения температуры, используется только для уточнения мощности охлаждения теплообменника, размещенного по оси рассматриваемого элемента измерения температуры, что затрудняет контроль продольного и поперечного распределения температур стеклянной ленты и создает значительную инерцию для достижения желаемого распределения.
Таким образом, например, можно уменьшить мощность теплообменника без особого влияния на температуру ленты в рассматриваемой зоне, если соседние теплообменники работают на максимальной мощности.
Более того, уровень открывания регулирующих клапанов часто не характеризует эффективную мощность охлаждения рассматриваемых зон, что мешает оператору обеспечивать контроль работы туннельной печи.
Изобретение имеет целью устранить указанные недостатки и улучшить контроль продольного и поперечного распределения температур стеклянной ленты.
Для достижения этой цели в соответствии с изобретением предложен способ регулирования излучающих охлаждающих секций туннельных печей для охлаждения плоского стекла, содержащих множество нагревательных элементов и множество охлаждающих элементов в направлении движения стекла, при этом каждый нагревательный или охлаждающий элемент содержит множество отдельных излучающих секторов по ширине ленты, причем каждый излучающий сектор снабжен органом регулирования мощности нагрева или охлаждения этого излучающего сектора, получающим сигнал от элемента измерения температуры стекла для рассматриваемого сектора, отличающийся тем, что заданная величина мощности нагрева или охлаждения каждого излучающего сектора уравновешивается системой регулирования фильтра величины, называемого «матричным фильтром», который уравновешивает сигнал, выдаваемый элементом измерения температуры стекла, с учетом влияния соседних секторов на нагрев или охлаждение стекла в соответствии с геометрией и размещением излучающих секторов по отношению к точке измерения температуры стекла.
В соответствии с изобретением определяют «матричный фильтр» с учетом множественности излучений излучающих секторов в сторону стекла, размещенного непосредственно по вертикали соответствующего сектора, а также размещенных в соседних зонах регулирования в соответствии со специфической геометрией туннельной печи.
Зоны регулирования не являются независимыми друг от друга, и матричный фильтр позволяет осуществить регулирование каждой зоны с учетом влияния соседних зон.
Способ регулирования охлаждающих излучающих секций туннельных печей для плоского стекла, снабженных множеством охлаждающих элементов в направлении перемещения стекла, образованных трубчатыми теплообменниками, параллельными движению стекла, при этом в каждый теплообменник подается охлаждающий воздух через регулировочный клапан, контролируемый регулятором температуры в зависимости от разности между заданной величиной и сигналом, выдаваемым элементом измерения температуры, отличающийся тем, что заданная величина регулировочного клапана уравновешивается системой регулирования фильтра, называемого «матричным фильтром», который уравновешивает влияние сигнала, выдаваемого элементом измерения температуры стекла с учетом влияния соседних теплообменников в соответствии с геометрией и расположением теплообменников по отношению к точке измерения температуры стекла.
Способ регулирования охлаждающих излучающих секций туннельных печей для плоского стекла, снабженных множеством нагревательных элементов в направлении перемещения стекла, образованных трубчатыми электроизлучателями, перпендикулярными направлению перемещения стекла, при этом каждая излучающая труба состоит из последовательности нагревательных секторов по ширине стеклянной ленты, а ее мощность нагрева контролируется регулятором температуры в зависимости от разности между заданной величиной и сигналом, выдаваемым элементом измерения температуры стекла, отличающийся тем, что заданная величина мощности нагрева каждого сектора уравновешена системой регулирования фильтра, называемого «матричным фильтром», который уравновешивает влияние сигнала, выдаваемого элементом измерения температуры стекла с учетом влияния соседних нагревательных секторов в соответствии с геометрией и расположением нагревательных секторов по отношению к точке измерения температуры стекла.
Система регулирования получает на входе заданные значения величин (S1, S2…Sn), исходящие из регуляторов температуры различных секторов, и запрограммирована для выдачи на выходе заданной величины (Sj'), используемой для управления регулировочными клапанами, имеющей значение:
, где
i
i
i
углы α, β, γ … являются углами, под которыми различные излучающие секторы видны из точки стеклянной ленты, где осуществляется измерение температуры, а Aj равен сумме углов, под которыми видны различные излучающие секторы из рассматриваемой точки стеклянной ленты.
Система регулирования получает на вход заданные значения величин (S1, S2…Sn), исходящие из регуляторов температуры различных секторов, и запрограммирована для выдачи на выход заданной величины (Sj'), используемой для управления мощностью нагревательных секторов, имеющей значение:
, где
i
i
i
углы α, β, γ… являются углами, под которыми различные излучающие секторы видны из точки стеклянной ленты, где осуществляется измерение температуры, а Aj равен сумме углов, под которыми видны различные излучающие секторы из рассматриваемой точки стеклянной ленты.
В туннельной печи, снабженной множеством (n) элементов измерения температуры, матрица определена в зависимости от весового значения, характеризующего каждый элемент измерения температуры.
Изобретение относится также к устройству для регулирования охлаждающих излучающих секциях туннельной печи для плоского стекла, снабженного множеством нагревательных элементов и множеством элементов охлаждения в направлении перемещения стекла, при этом каждый элемент нагрева или охлаждения содержит множество раздельных излучающих секторов в направлении ширины ленты, причем каждый сектор снабжен сектором регулирования мощности нагрева или охлаждения этого излучающего сектора, получающим сигнал от элемента измерения температуры стекла соответствующего сектора, отличающееся тем, что оно содержит систему регулирования, включенную таким образом, что она получает на входе значения заданных величин (S1, S2…Sn) от регуляторов температуры различных секторов, при этом система регулирования запрограммирована для выдачи на выходе заданной величины (Sj'), используемой для управления регулировочными клапанами, имеющей значение:
, где
i
i
i
углы α, β, γ … являются углами, под которыми видны различные излучающие секторы из точки стеклянной ленты, где осуществляется измерение для соответствующего сектора, a Aj равен сумме углов, под которыми видны различные излучающие секторы из рассматриваемой точки стеклянной ленты.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает схематично поперечный вертикальный разрез туннельной печи с теплообменниками в соответствии с известным уровнем техники.
Фиг.2 изображает вид в аксонометрии регулирования температуры в соответствии с известным уровнем техники в зоне туннельной печи.
Фиг.3 схематично изображают в аксонометрии теплообменник фиг.2.
Фиг.4 схематично изображает вертикальный разрез, иллюстрирующий угол излучения теплообменника для одной точки стеклянной ленты.
Фиг.5 схематично изображает, подобно фиг.4, углы излучения двух соседних теплообменников для одной точки стеклянной ленты.
Фиг.6 изображает схему способа терморегулирования и фильтра по изобретению.
Фиг.7 изображает поперечный разрез зоны туннельной печи с нагревательными элементами, и
Фиг.8 схематично изображает вид в аксонометрии нагревательных элементов фиг.7.
i
1
5
i
На фиг.1 и 2, как уже было представлено, изображена лента 1 стекла, которая в соответствии с известным уровнем техники перемещается в туннельной печи между теплообменниками 2, размещенными над и под (не изображенными на фиг.1) лентой. Обозначение i, которое не было показано на фиг.1-3, после цифры 2 обозначает зону туннельной печи, которой соответствует теплообменник. Теплообменники 2…2 распределены по ширине ленты, например, на пять зон: зона 1, зона 2, зона 3, зона 4, зона 5, и расположены на части длины туннельной печи. Для каждого теплообменника предусмотрен регулировочный клапан 3 расхода среды, обычно воздуха, на входе или на выходе из теплообменника. Этот клапан управляется регулятором температуры TIC (фиг.6), который получает сигнал от элемента 4 измерения температуры, например, термопары, расположенной в непосредственной близости от стеклянной ленты и связанной с соответствующим теплообменником 2.
i
Рассмотрим теперь пример с теплообменниками 2, образующими элементы охлаждения.
1
1
Учитывая в качестве гипотезы, что термопара 4 для измерения температуры размещена посередине теплообменника, значение угла излучения α для теплообменника 2, размещенного на вертикали от рассматриваемой точки, представленной на фиг.4, будет равным:
выражен в радианах
или
выражен в дуговых градусах
2
2
Значение угла излучения α соседнего теплообменника 2, представленного на фиг.5, равно:
или
3
Таким же образом для следующего теплообменника 2 получают:
или
Отмечено, что для более удаленных теплообменников эффект становится незначительным и им можно пренебречь.
Для 5-зонной туннельной печи в зависимости от влияния теплообменников получают следующую матрицу:
Температура 1
Температура 2
Температура 3
Температура 4
Температура 5
Теплообменник 21
α1
β1
γ1
δ1
µ1
Теплообменник 22
α2
β2
γ2
δ2
µ2
Теплообменник 23
α3
β3
γ3
δ3
µ3
Теплообменник 24
α4
β4
γ4
δ4
µ4
Теплообменник 25
α5
β5
γ5
δ5
µ5
Общие значения Aj углов
А1
А2
А3
А4
А5
А1, А2, А3, А4 и А5 характеризуют общие значения углов и могут выражаться для n теплообменников следующим образом:
, , .
Резюмируя, можно сказать, что углы αi, βi, γi… являются углами, под которыми теплообменники 21, 22, 23,… видны из точки стеклянной ленты, где осуществляется измерение температуры соответствующих теплообменников 21, 22, 23…
Aj равен сумме углов, под которыми видны различные теплообменники 21, 22, 23 из рассматриваемой точки Pj стеклянной ленты.
Весовая матрица в 5 различных зонах такова:
Температура 1
Температура 2
Температура 3
Температура 4
Температура 5
Теплообменник 2<sub>1</sub>
α1/А1
β1/А2
γ1/А3
δ1/А4
µ1/А5
Теплообменник 2<sub>2</sub>
α2/А1
β2/А2
γ2/А3
δ2/А4
µ2/А5
Теплообменник 2<sub>3</sub>
α3/А1
β3/А2
γ3/А3
δ3/А4
µ3/А5
Теплообменник 2<sub>4</sub>
α4/А1
β4/А2
γ4/А3
δ4/А4
µ4/А5
Теплообменник 2<sub>5</sub>
α5/А1
β5/А2
γ5/А3
δ5/А4
µ5/А5
В рамках примера для заданных геометрии и расположения теплообменников весовая матрица различных зон представлена ниже:
Температура 1
Температура 2
Температура 3
Температура 4
Температура 5
Теплообменник 2<sub>1</sub>
72%
22%
0%
0%
0%
Теплообменник 2<sub>2</sub>
28%
55%
18%
0%
0%
Теплообменник 2<sub>3</sub>
0%
23%
63%
23%
0%
Теплообменник 2<sub>4</sub>
0%
0%
19%
55%
28%
Теплообменник 2<sub>5</sub>
0%
0%
0%
22%
72%
В соответствии с известным уровнем техники значение заданной величины Si на выходе органа TIC регулирования, воздействующего на теплообменник 2i, будет поступать на клапан 3 теплообменника 2i. Это значение Si воспринимается только как сигнал элемента 4 измерения температуры, соответствующий одному рассматриваемому теплообменнику 2i.
Напротив, в соответствии с изобретением, как представлено на фиг.6 для теплообменника 21, заданное значение S1 на выходе регулятора температуры TIC уравновешивается системой регулирования R фильтра, называемого «матричным фильтром», который учитывает влияние основной температуры наиболее близкого рассматриваемого теплообменника с учетом температур соседних теплообменников.
Система регулирования R содержит вычислительный блок, в который вводятся параметры α1, α2…αn, β1…βn… А1, А2… и An, соответствующие теплообменнику 21, 22…2n. Система регулирования R получает на вход различные заданные величины S1…Sn от органов регулирования TIC, соответствующих различным теплообменникам 21…2n, и программируется для подачи на выход заданной уравновешивающей величины S1', поступающей на клапан 3 теплообменника 21. Заданная величина S1', используемая для управления регулировочным клапаном теплообменника 21, приводится в равновесие матричным фильтром:
Заданная величина S2', используемая для управления регулировочным клапаном теплообменника 22 с уравновешиванием посредством матричного фильтра, вычисляется из предыдущего соотношения с заменой α1, α2,… на β1, β2,… и А1 на А2.
Заданные величины S3'…S5' для управления регулировочными клапанами 23…25 вычитаются подобным образом.
В случае если туннельная печь снабжена количеством термопар, превышающим количество теплообменников, то матрица будет определена в зависимости от веса, показательного для каждой термопары.
Когда количество термопар (n) и количество теплообменников (m) различно, то получают матрицу размером (n×m).
Значения заданных величин Sj', адресованные регулировочным клапанам, вычисляются в этом случае из следующей формулы:
при j, лежащем в пределах от 1 до m с соответствующим замещением α на β и А1 на А2, для второго теплообменника и так далее.
В соответствии с изобретением использование матричного фильтра для управления регулировочными клапанами позволяет:
- быстро и стабильно приводить измеренные температуры стекла к заданным значениям,
- обеспечивать открывание регулировочного клапана, характеризующего мгновенную мощность охлаждения, что облегчает операторам работу с туннельной печью.
Предложенный способ регулирования охлаждающих излучающих секций туннельных печей, содержащих множество охлаждающих элементов в направлении перемещения стекла, образованных трубчатыми теплообменниками 2, размещенными параллельно перемещению стекла, при этом в каждый теплообменник подается охлаждающий воздух через регулировочный клапан, управляемый регулятором температуры TIC посредством системы регулирования в зависимости от разности между заданной величиной и сигналом, выдаваемым элементом измерения температуры стекла, отличающийся тем, что заданная величина Sj регулировочного клапана на выходе регулятора температуры уравновешивается до величины Sj' системой регулирования R фильтра, называемого «матричным фильтром», который уравновешивает сигнал, выдаваемый элементом измерения температуры стекла с учетом влияния соседних теплообменников в зависимости от геометрии и расположения теплообменников относительно точки измерения температуры стекла. Это есть заданная величина Sj', которая поступает на регулировочный клапан 3.
Представленные выше рассуждения относительно охлаждающих ленту стекла теплообменников применимы для контроля нагревательных элементов, например, электрических излучающих труб (фиг.7 и 8), обычно называемых электрическими свечами.
Электрическая излучающая труба образована обычно цилиндрической внешней оболочкой 6, например, из огнеупорной стали, в которой последовательно размещены отдельные нагревательные секторы 7. Каждый нагревательный сектор 7 образован электрическим сопротивлением, индивидуально контролируемым с помощью тиристора для управления температурой поверхности излучающей трубы по длине в соответствии с нагреваемым сектором. Лучистый теплообмен между излучающей трубой и стеклом связан с разностью их температур, возможно также контролировать мощность нагрева каждого нагревательного сектора для получения желаемой температуры в каждой точке по ширине ленты. Мощность нагрева каждого сектора 7 контролируется регулятором температуры, управляющим мощностью в зависимости от разности между заданным значением температуры и ее значением, полученным от элемента измерения температуры, обычно термопары, встроенной на входе каждой зоны по оси рассматриваемого нагревательного сектора.
Принцип матричного регулирования, описанный выше для контроля нагревателей, применим для контроля каждого нагревательного сектора, чтобы учитывать влияние других примыкающих и соседних нагревательных секторов. Таким образом, величина, используемая для управления мощностью нагрева нагревательных секторов, имеет значение:
Эта формула, определяющая Sj', вводит углы α1, α2…, касающиеся точки поверхности стекла, размещенной под первым теплообменником 21. Общие разъяснения дают понимание того, что формула применима к различным точкам ленты стекла в поперечном направлении при условии замены α на β для j=2 и А1 на А2; α на γ для j=3 и А1 на А3, и так далее…
Можно обобщить и рассматривать эту формулу, объединяя два показателя i j при сохранении одной буквы, например α, для обозначения углов, под которыми теплообменники 2i видны из различных точек стеклянной ленты. Формула становится следующей:
, где
α j i являются углом, под которым из точки Pj ленты стекла виден теплообменник 2i.
Предложенный способ регулирования охлаждающих излучающих секций туннельных печей для плоского стекла, снабженных множеством нагревательных элементов в направлении перемещения стекла, образованных излучающими электрическими трубами 5, перпендикулярными направлению перемещения стекла, при этом каждая труба выполнена из множества последовательных нагревательных секторов по ширине ленты стекла, мощность нагрева которых контролируется регулятором температуры TIC с помощью системы регулирования в зависимости от разности между заданным значением и сигналом, выдаваемым элементом измерения температуры, отличающийся тем, что заданное значение мощности нагрева Sj каждого сектора на выходе регулятора температуры уравновешивается Sj' системой регулирования R фильтра, называемого «матричным фильтром», который уравновешивает влияние сигнала, выдаваемого элементом измерения температуры стекла с учетом влияния секторов, примыкающих в соответствии с геометрией и расположением секторов нагрева относительно точки измерения температуры стекла. Эта заданная уравновешивающая величина Sj направляется к нагревательному сектору 7.