УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

Изобретение относится к устройствам для контроля температуры в газовой среде плавильной печи для расплава базальтовых пород.
В настоящее время широкое применение в народном хозяйстве (особенно в строительной индустрии зданий и автомобильных дорог) получило непрерывное базальтовое волокно.
Особенное значение для получения качественного базальтового волокна высокой прочности и с заданным рядом диаметров необходимо уделить обеспечению температурной однородности расплава базальта. В свою очередь, температурная однородность расплава базальта зависит от обеспечения постоянного значения температуры в газовой среде печи (T=1500°C), в которой расплавляется базальтовая порода, с дальнейшим поступлением ее в фильерный питатель для получения непрерывного калиброванного под заданный диаметр (6-16 мкм) базальтового волокна.
В настоящее время для контроля высокой температуры газовой среды в плавильной печи применяется регулятор температуры «Термодат-13 К1», использующий термопары ПП (S), BP (A3) и др. (см. инструкцию по настройке «Термодат-13 К1», Приборостроительное предприятие «Системы контроля», г.Пермь). Эти термопары обеспечивают контроль температуры газовой среды с требуемой точностью (±5°C). Основным недостатком является малое время их работоспособности вследствие перегара платино-родиевых нитей. При непрерывной суточной выработке непрерывных базальтовых волокон время их работоспособности составляет не более календарного месяца, при достаточно высокой стоимости термопар (25 тысяч рублей).
В настоящем изобретении предлагается устройство для контроля температуры газовой среды в плавильной печи на использовании резонансных частот вынужденных акустических колебаний газовой полости плавильной печи с использованием связи скорости звука в газовой среде в зависимости от ее температуры по известной формуле (см. книгу Р.Е.Соркин «Газодинамика ракетных двигателей на твердом топливе», «Наука», М., 1967 г.)
a=√KgRT,
где K - показатель адиабаты газовой среды;
g - ускорение свободного падения;
R - газовая постоянная;
T - температура газовой среды.
Таким образом, измеряя скорость звука в газовой среде плавильной печи, можно контролировать ее температуру.
Известно устройство для измерения скорости звука в газовой среде нефтяных скважин с использованием глубинных реперов (см. Инструкция по исследованию насосных скважин волнометрированием. Разработана ТАТНИПИнефть, РД 39-0147585-014 ВНИИ-86. Утверждена ПО «Татнефть». Рис.1, рис.2).
В скважине на известной глубине устанавливают механический отражатель (репер) и проводят снятие эхограммы с помощью эхолота. Недостатком известного устройства является его сложность, высокая стоимость и невозможность оперативного измерения скорости звука.
Известен акустический резонатор с равномерно распределенными параметрами, содержащий трубу постоянного сечения, закрытую с обоих концов жесткими стенками, принятый авторами за прототип. По концам трубы установлены микрофон и излучатель, соединенные со входом и выходом усилителя (см. П.В.Новицкий, В.Г.Кнорринг, В.С.Гутников. Цифровые приборы с частотными датчиками. «Энергия», 1970 г., стр.163). Недостатком известного устройства является наличие дополнительной погрешности от влияния температуры окружающей среды и отсутствия блока автоматики, коммутирующего расчетные значения резонансных частот с поддержанием требуемой температуры газовой среды, где распространяются резонансные звуковые волны.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для контроля температуры газовой среды в плавильной печи, обеспечивающей температурную однородность расплава базальта в фидере плавильной печи.
Поставленная задача решается тем, что устройство для контроля температуры в газовой среде, содержащей источник и приемник акустических колебаний в печи, подключенные соответственно к выходу и входу усилителя, выход которого также соединен со входом блока измерения частоты на компьютере, имеющим анализатор частот и алгоритм расчета температуры по резонансной частоте вынужденных акустических колебаний в газовой среде печи, также имеет дополнительно блок автоматики, коммутирующий расчетные значения температуры с подачей газо-воздушной смеси к горелкам печи.
На фиг.1 изображена блок-схема предложенного устройства.
С противоположных стенок плавильной печи 1 установлены источник 2 и приемник 3 акустических колебаний, подключенные соответственно к выходу 4 и входу 5 усилителя 6. Выход 4 соединен со входом 7 блока измерений частоты на компьютере 8, имеющем анализатор частот. Устройство содержит блок автоматики 9, коммутирующий расчетные значения температуры с подачей газо-воздушной смеси к горелкам 10 печи 1.
Устройство для контроля температуры в газовой среде плавильной печи для расплава базальтовых пород работает следующим образом. Источник акустических колебаний 2 через выход 4 усилителя 6 компьютера 8 генерирует вынужденные акустические колебания с частотой, соответствующей резонансной частоте газовой полости плавильной печи. Эти колебания приемник 3 (датчик пульсаций давления пьезоэлектрический ЛХ608, см. Средства измерений быстропеременных давлений, г.Пенза) регистрирует и через вход 5 усилителя 6 передает на анализатор частот компьютера 8. По составленному алгоритму зависимости температуры газовой среды плавильной печи по резонансной частоте вынужденных акустических колебаний в газовой среде печи производит расчет фактической температуры газовой среды. В случае отклонения температуры газовой среды печи от 1500°C на ±5°C мгновенно передается команда на блок автоматики, коммутирующий расчетные значения температуры с увеличением или соответственно снижением подачи газо-воздушной смеси к горелкам 10 печи.
Эффективность заявленного устройства для контроля температуры газовой среды подтверждена в плавильных печах завода ООО «НПО «Вулкан», г.Оса Пермского края, производящего непрерывное базальтовое волокно в круглосуточном режиме работы.