§ 38. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Работу кузнечных печей необходимо постоянно контролировать. Для контроля и последующей нормальной работы печей служат контрольно-измерительные приборы, которые устанавливаются на печах. В настоящее время широко распространяется автоматизация печей, при которой с помощью соответствующих приборов поддерживается определенно заданная температура, давление газа и воздуха и т. д.
Измерение силы тяги.
Мы уже знаем, что под влиянием тяги в дымовой трубе внизу (у основания) трубы давление меньше атмосферного; оно называется разрежением или отрицательным давлением и характеризует силу тяги.
Тяга (разрежение) измеряется тягомером, который представляет собой изогнутую стеклянную трубку, заполненную водой до определенного уровня, как показано на фиг. 60. Трубку одним концом присоединяют к тому месту дымохода, в котором желают измерить разрежение. При этом произойдет следующее. Вначале, когда трубка прибора еще не присоединена к дымоходу, окружающий воздух давит в оба отверстия трубки с одинаковой силой, поэтому и вода в трубке стоит на одинаковом уровне. Когда же один конец присоединен к дымоходу, имеющему давление меньше атмосферного, давление в этом конце трубки будет меньше, а поэтому наружное давление воздуха будет выталкивать воду из трубки в сторону меньшего давления. В результате вода в одном конце трубки опустится, а в другом поднимется и установится на разных уровнях. Разность уровней в трубке показывает, насколько давление в борове меньше давления атмосферы, т. е. будет указывать силу тяги. Кроме рассмотренного тягомера, существуют и другие конструкции тягомеров, например мембранные.
Определение состава продуктов горения.
Для того чтобы судить, хорошо ли сжигается топливо, необходимо знать состав продуктов горения. Если топливо сжигается полностью, то продукты горения (газы) не должны содержать недогоревших веществ, т. е. окиси углерода, водорода и пр. Кроме того, в продуктах горения не должно быть и кислорода, так как наличие его говорит о том, что топливо сжигается с большим избытком воздуха.
Для контроля состава газа служат газоанализаторы. Все газоанализаторы можно разбить на две группы: 1) ручные, в которых анализ производится непосредственно человеком; 2) автоматические, которые берут пробы газов, анализируют и записывают результаты анализа автоматически. Ручные газоанализаторы применяются только в случаях кратковременных наблюдений. Автоматические газоанализаторы устанавливаются на печах для непрерывного контроля состава отходящих газов и дают возможность точно знать, как горит топливо. Замеченные ненормальности в топке нужно своевременно устранять.
Для печей кузнечного производства необходимо применять прибор, который показывает содержание в отходящих газах углекислоты и окиси углерода вместе с водородом (CO + H).
Измерение температуры нагрева металла.
Температура нагрева металла для ковки может быть определена двумя способами: по цвету каления и термоэлектрическим способом.
Температура нагрева металла по цвету каления определяется с помощью специальных приборов или на глаз. Определение температуры нагрева на глаз по цвету каления не может быть, разумеется, точным; к тому же для этого требуется большой практический опыт. Поэтому на глаз в настоящее время определяют температуру нагрева только в процессе ручной ковки, когда металлы нагреваются в горнах.
В § 25 были даны цвета каления в зависимости от температуры нагрева металла. Более точно позволяют определять температуру нагрева металла по цвету каления специальные приборы, которые называются пирометрами. Пирометры по принципу работы разделяются на радиационные, термоэлектрические (термопары) и оптические. Действие оптического пирометра основано на сравнении цвета каления нагретого предмета (металла) с цветом накала нити лампочки накаливания. Оптические пирометры служат для измерения температур нагрева тел в пределах от 700 до 1800°.
На фиг. 61 изображен оптический пирометр с исчезающей нитью. Пирометр состоит из зрительной трубы 1, измерительного прибора — миллиамперметра 2 и аккумуляторной батареи 3; зрительная труба имеет окуляр 5 и объектив 4. В зрительной трубе находится фотометрическая лампочка 6. Лампочка соединена с реостатом 7, который находится в рукоятке трубы. Зрительная труба соединена проводом с источником тока — аккумулятором 3, служащим для накаливания нити лампочки. Шкала миллиамперметра проградуирована на температуру.
Температура нагрева металла измеряется следующим способом. Наблюдатель держит прибор левой рукой и наводит зрительную трубу на раскаленный металл. Правой рукой он вращает кольцо реостата, тем самым изменяя ток в лампочке и накал ее нити. Кольцо реостата вращается до тех пор, пока цвет накала нити лампочки не совпадет с цветом раскаленного тела, температуру нагрева которого хотят узнать.
При измерении температуры оптическим пирометром возможны три случая. Первый случай, когда нить фотометрической лампочки недокалена по сравнению с нагретым телом (фиг. 62, а). В этом случае необходимо увеличить накал нити поворотом кольца реостата. Второй случай, наоборот — нить лампочки светлее нагретого тела (фиг. 62, б). Накал нити в этом случае необходимо уменьшить. Третий случай, когда яркость накала нити фотометрической лампочки и нагретого тела совпадает (фиг. 62, в). Это означает, что температура нагретого тела равна температуре нити лампочки. При этом наблюдающий отсчитывает на шкале температуру нагрева тела.
Оптические пирометры представляют собой переносные приборы и применяются для кратковременного контроля температур. Для постоянного измерения температуры в печи пользуются стационарными приборами, которые называются термоэлектрическими пирометрами (термопарами); или измеряется температура от 200 до 1300° С.
Действие термопар основано на следующих явлениях. Если взять две проволоки из разных металлов и спаять их с одного конца, то при нагревании спаянного конца возникает электрический ток. Чем выше температура нагреваемого спая, тем электрический ток сильнее. К другим концам спаянных проволочек присоединяется при помощи проводов электроизмерительный прибор, называемый гальванометром. Электрический ток, возникающий в спаянном конце при нагревании, передается через провода гальванометру, который отклонением стрелки на шкале показывает измеряемую температуру. Проволочки изготовляются из различных металлов и сплавов, в зависимости от того, какие температуры измеряются. Для длительных измерений при высоких температурах в печах кузнечного производства чаще всего применяются термопары, состоящие из двух проволочек: платиновой и платино-родиевой (сплав платины с родием).
На фиг. 63 приведена такая термопара. Она имеет тонкую фарфоровую трубку 1, в которой проходит платиновая проволочка 4. Вторая же, платино-родиевая, проволочка 3 проходит по наружной поверхности этой трубки. Таким образом, обе проволочки на всем протяжении не соприкасаются друг с другом. На одном конце 2 эти проволочки спаяны между собой (горячий спай). Проволочки со спаем помещаются в другую фарфоровую трубку большего диаметра с закрытым концом. Сверху для предохранения фарфоровой трубки надевается железная трубка 6. Концы проволочек выводятся через головку к клеммам 5, где они соединяются с проводами, идущими к гальванометру.
Гальванометры бывают показывающие и самозаписывающие. Самозаписывающие гальванометры не только дают возможность наблюдать температуру в данный момент, но и показывают изменение температур за истекшее время, благодаря чему можно контролировать правильность работы печи.
На фиг. 64 приведена схема установки термопары для измерения температуры в рабочем пространстве печи. Термопара 1 горячим спаем помещается в печь в том месте, где требуется измерить температуру.
Определение расхода мазута и газа.
Учитывать расход мазута как топлива можно с помощью мерных баков. Это наиболее простой, но не точный и громоздкий способ. Чаще всего для учета расхода мазута применяются нефтемеры. Принцип работы нефтемеров основан на том, что жидкость заполняет камеру определенного объема, из которой она потом вытекает. Число заполнений камеры отмечается специальным счетчиком, по показаниям которого судят о количестве жидкости, прошедшей через прибор.
Кроме того, существуют так называемые скоростные расходомеры. Работа этих приборов заключается в том, что мазут, который проходит через прибор, вращает крыльчатую верхушку. Ось верхушки связана через систему зубчатых колес со счетчиком, шкала которого показывает расход мазута. Нефтемеры устанавливаются на трубопроводах, по которым подается жидкость; расход этой жидкости они и замеряют. Для измерения расхода газа существуют также приборы, показывающие расход газа в объемных единицах (в м3).
Автоматическое регулирование.
Для поддержания постоянства заданной температуры в нагревательных печах используют автоматические регуляторы. Эти приборы по заданной температуре автоматически регулируют соотношение количества воздуха и топлива, создавая более надежные условия для ведения процесса горения, чем при ручном регулировании.
Работа терморегулятора расхода топлива состоит в следующем. При нагреве термопары, как мы уже знаем, возникает электрический ток, приводящий в движение сервомотор, при помощи которого изменяется положение дроссельной заслонки, установленной на трубопроводе подачи топлива. Если температура рабочей камеры повышается более допустимой, то сервомотор прикрывает задвижку дросселя и уменьшает подачу топлива. Когда же температура падает, сервомотор, наоборот, немного открывает задвижку дросселя и увеличивает подачу топлива.
Для регулирования подачи воздуха на воздухопроводе устанавливается также дроссельная заслонка, связанная с дросселем трубопровода топлива. Оба дросселя регулируются таким образом, что при повороте дроссельных задвижек сечение трубопроводов изменяется пропорционально, при этом соотношение между количеством подаваемого топлива и воздуха остается постоянным.
