КАРБИДОКРЕМНИЕВЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ИМПУЛЬСНЫМИ СЕКЦИОННЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ ДЛЯ ТУННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ КОНВЕЙЕРНОГО ТИПА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкциям нагревательных элементов для теплообменных устройств туннельных печей конвейерного типа.
В настоящее время наибольшее применение в туннельных печах конвейерного типа нашли силитовые трубчатые электронагреватели (ТЭНы), состоящие из карбида кремния с небольшими добавками других металлов и сплавов, например устройства, описанные в патентах РФ №2246186, №2242096, №2237383, №2120199, патенте США US №8349218. Конструкции перечисленных устройств содержат трубчатый электронагреватель, содержащий корпус в виде трубки с наполнителем, токоввод для питания и нагревательный элемент, выполненный в виде толстопленочного резистора на металлодиэлектрической подложке, а наполнителем является трансформаторное масло. Основными недостатками описанных выше устройств являются низкий КПД и небольшой срок службы, что обусловлено постоянным воздействием электрического тока на толстопленочный резистор.
Существует техническое решение (патент РФ №132938), позволяющий существенно увеличить КПД ТЭНов. Однако применение его является ограниченным. Например, применение такого технического решения в туннельных печах конвейерного типа, применяемых при производстве кирпича и другой строительной керамики, приведет к созданию неравномерного температурного поля, что вызовет размягченье глиняной основы изделия и приведет к его разрушению, а некоторых частей изделия - к растрескиванию и уменьшению прочности изделия.
Общий вид ТЭНа, выбранного в качестве прототипа (RU 132938) представлен на фиг. 1.
Недостатком данного устройства является невозможность его использования в туннельных печах конвейерного типа из-за большой мощности и размера карбидокремниевого нагревательного элемента, формирующего неравномерно воздействующие температурное поле на разные части изделия, и отсутствие возможности плавного регулирования температурного поля.
Целью настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей прототипа для его применения в туннельных печах конвейерного типа.
Поставленная цель достигается путем изменения конструкции карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями. При этом вместо одного мощного карбидокремниевого нагревательного элемента создается блок секций, снабженных карбидокремниевыми межсекционными переборками. Подвод электропитания к секционным нагревателям изменяется с одноторцевого питания, на электропитание с обоих торцов с независимым питанием каждого секционного нагревателя, как показано на фиг. 2. Тем самым уменьшается мощность переноса тепла излучением по всей длине камеры производства кирпича и другой строительной керамики. Благодаря независимому питанию секционных нагревателей появляется возможность точной и плавной корректировки температурного поля. При этом теплопроводность, конвекционные и излучающие способы передачи распределенного температурного поля адаптируются для технологического процесса производства кирпича и другой строительной керамики.
Перечень рисунков на чертежах;
Фиг. 1. Общий вид карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями.
Фиг. 2. Общий вид карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями для туннельной печи конвейерного типа.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
В настоящее время для нагрева туннельных печей конвейерного типа применяют ТЭНы с постоянным воздействием электрического тока на толстопленочный резистор. Существует техническое решение (патент РФ №132938), позволяющий существенно увеличить КПД и срок службы ТЭНов. Однако применение его является ограниченным из-за большой мощности карбидокремниевого нагревательного элемента, формирующего неравномерно воздействующие температурное поле на разные части изделия, и отсутствие возможности плавного регулирования температурного поля.
Для устранения этого недостатка конструкция ТЭНа изменяется путем изменения конструкции карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями. Вместо одного мощного карбидокремниевого нагревательного элемента создается блок секций, снабженных карбидокремниевыми межсекционными переборками. Подвод электропитания к секционным нагревателям изменяется с одноторцевого питания, на электропитание с обоих торцов с независимым питанием каждого секционного нагревателя
a
a
2
При таком подходе распространение температурного поля в ТЭНе изменится и примет вид G (x, , t,) [1, 2, 3]. Где: t - время с; x - точка расположения датчика температуры, м.; ξ, ρ, ν - точка расположения нагревательного элемента, м.; s - момент включения точечного источника, с.,  - заданный коэффициент температуропроводности материала объекта управления, м/с; n - количество членов ряда Фурье.
Такой закон распространения температурного поля позволяет рассчитать поведение температурного поля в карбидокремниевом нагревательном элементе после замены ТЭНа постоянного нагрева на секционный нагреватель с импульсным способом управления. Для определения зависимости межсекционных связей введем поправочный коэффициент, который будет рассчитываться по формуле:
Где
И тогда управление нагревателем сведется к математической модели:
;
*
где , , , , Δu=u-u.
Граничные условия будут выражаться в виде:
Технически это реализуется за счет изменения конструкции карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями, как описано выше (см. фиг. 2.). Нагревательный элемент представляет собой карбидокремниевый кожух 5, в который последовательно встроены секционные нагревательные элементы (импульсные секционные нагреватели) 4 с релейным принципом управления и независимым электропитанием каждого элемента. Импульсные секционные нагреватели разделены между собой карбидокремниевыми переборками 2. Крайние секционные нагревательные элементы снаружи закрыты карбидокремниевыми заглушками 3 с отверстиями для независимого токоподвения к каждому секционному нагревательному элементу. Секции нагревательных элементов соединены между собой межсекционными карбидокремниевыми переборками 6.
Для оценки изменения температурного поля было проведено моделирование температурного поля нагревательной камеры туннельной печи конвейерного типа, оборудованной нагревательными элементами с измененной конструкцией. Расчетные данные показали, что уровень брака снизится до 40% в зависимости от типа производимого кирпича. (Моделированию подверглись изделия: газосиликатный кирпич (уменьшение на 10% брака), красный кирпич (уменьшение на 40% брака), желтый кирпич (уменьшение на 8% брака)) [4, 5].
Список используемой литературы
1. Tzafistas S.G. Bayesian approach to distributed-parameter filtering and smoothing. // Int. J. Control. - 1972. - V. 15, No. 2. - P. 273-295.
2. Ильюшин Ю.В. Моделирование температурного поля на гибридном супер-компьютере по технологии CUDA // Материалы всероссийской научной конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому федеральному округу» / под. ред. Т.А. Шебзуховой, И.М. Першина, А.И. Чернобабова. - Пятигорск. ФГАОУ ВПО «СКФУ» (филиал) в г. Пятигорске 2013. - Т 2 (ч. I) - С 138-142.
3. Патент РФ №132938, Карбидокремниевый нагревательный элемент с импульсными секционными нагревателями, Первухин Д. А., Першин И. М., Чернышев А.Б. Ильюшин Ю.В. Официальный Бюллетень Федеральной Службы по Интеллектуальной Собственности, Патентам и Товарным Знакам. Изобретения. Полезные модели, 27.09.13, №27. 2013.
4. Ильюшин Ю.В., Кравцова А.Л., Мардоян М.М., Санкин А.В. Исследование устойчивости теплового поля туннельной печи конвейерного типа // Научное обозрение. 2012. №4. С. 114-120.
5. Ильюшин Ю.В. Методика синтеза нелинейных регуляторов для распределенного объекта управления. // Научное обозрение. 2012. №5. - С. 14-17.