CN115127349A - 一种炉体容积调节方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种炉体容积调节方法及装置,根据工件与容积调节部件的垂度差,构建不同垂度下的炉体系统的三维模型并对其进行仿真模拟,以获得工件的温度分布,并根据高斯分布,建立不同垂度下的垂度差集。在进行容积调节的过程中,取上述垂度差集的数据作为容积调节的依据,通过容积调节部件跟随工件的垂度,在满足所需的垂度差的情况下实现容积调节。通过建立具有悬垂度反馈的容积调节控制系统,在实施容积调节的过程中,能够减少炉内循环热风产生的漩涡,使工件受热更加均匀。

Description

一种炉体容积调节方法及装置
技术领域
本发明涉及热量利用技术领域,尤其涉及一种炉体容积调节方法及装置。
背景技术
在使用炉体进行强迫对流换热时,通常在炉内通以带有热量的循环热风。循环热风将热量以强迫对流换热的形式,把热量传递给工件。工件在炉内以悬垂挠曲状态存在时,占据着炉内空间。通常炉体空间为固定容积式,其横截面为矩形且能够满足工件的最大悬垂度。
循环热风在炉内固定容积空间进行循环换热时,热量储存在炉内并将其换热给工件和周围炉壁,由于炉内、外温差的作用,热量将通过炉内壁面散失到外界环境中去。根据工件所需的热量要求,当炉内循环热风的热量不断增加时,其内、外温差增大,热量通过炉壁散失到外界的热量也会增多,增加了能量的浪费。
由于炉内空间为固定容积形式,循环热风在其内易形成漩涡,在对工件进行换热时,会造成工件表面的局部温度过高,导致工件整体换热不均匀。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种炉体容积调节方法,能够有效降低热量的浪费。
本发明采用的技术方案如下:
本发明所提出的一种炉体容积调节方法,具体包括以下步骤:
S1、建立不同垂度差的炉体系统三维模型库:根据工件及容积调节部件的不同的垂度差要求,建立不同垂度下的炉体系统的三维模型库,使其满足仿真模拟要求;
S2、对炉体系统模型进行强迫对流换热仿真分析;
S3、获取垂度差样本参考集;
S4、容积调节试验;
S5、设定工件悬垂度:根据试验要求,对工件执行所需的垂度,并将设定好的垂度送至步骤上S2;
S6、读取垂度样本参考集数据并实施容积调节:读取步骤S3中的垂度差参考集,并设定参考值用于容积调节。
进一步的,所述步骤S2具体包括:
S2.1、等待读取工件悬垂度信息,并据此建立炉体系统三维模型集;
S2.2、从炉体系统三维模型集中进行提取,并进行六面体网格划分;
S2.3、将划分好的模型应用于流体仿真软件中进行仿真模拟,根据残差r判断其是否收敛,当不满足残差r时,再次进行迭代求解直至收敛为止;
S2.4、提取工件温度,并对温度分布进行统计分析,当工件的温度分布满足高斯分布的3σ要求时,统计三维模型集中的模型对应的垂度差,否则需重新对三维模型进行六面体网格优化,再次执行步骤S2.2至S2.4;
S2.5、根据统计的垂度差进行筛选,当垂度差的绝对值|ed|小于给定的误差dc时,建立垂度差参考集{edi},否则需重新提取三维模型,再次执行步骤S2.2至S2.5,直至满足要求为止;
进一步的,所述步骤S4具体包括:
S4.1、容积调节部件复位至小垂度位置,工件准备;
S4.2、对工件执行小垂度预动作,同时位移传感器检测工件最大悬垂位置的位移;
S4.3、对容积调节部件实施预动作,同时光幕传感器检测容积调节部件最大悬垂位置的位移;
S4.4、与此同时计算子步骤S4.2和S4.3中的悬垂度差
Figure BDA0003655275790000021
并检查预动作,当悬垂度差
Figure BDA0003655275790000022
小于误差
Figure BDA0003655275790000023
时执行下一步,当超过误差要求时,需再次对容积调节部件实施预动作,直至满足误差要求。
进一步的,所述步骤S6具体包括:
S6.1、根据工件设定的悬垂度,对工件执行运动使其接近设定位置,同时检测工件悬垂度,并根据步骤S4.3所检测得的容积调节部件的悬垂度,计算悬垂度差
Figure BDA0003655275790000031
S6.2、检查工件悬垂度,工件在接近设定垂度的过程中,当垂度差
Figure BDA0003655275790000032
大于误差
Figure BDA0003655275790000033
时,容积调节部件跟随工件运动,否则工件执行步骤S6.1,并继续保持接近设定垂度运动,直至满足容积调节部件开始跟随为止;
S6.3、容积调节部件跟随工件运动,同时检测容积调节部件的悬垂度,并根据步骤S6.1中检测得的工件悬垂度,再次计算悬垂对差
Figure BDA0003655275790000034
S6.4、判断工件是否到达设定悬垂度,当到达设定悬垂度位置时,从步骤S3的垂度差参考集{edi}中读取参考垂度差|edi|,否则执行步骤S6.3直至工件到达设定的悬垂度为止;
S6.5、从步骤S3的垂度差参考集{edi}中读取垂度差|edi|并设定其为参考值,用于容积调节部件跟踪工件悬垂度的满足判据;
S6.6、对于到达设定悬垂度位置的工件与容积调节部件悬垂度差
Figure BDA0003655275790000035
进行参考比对,当
Figure BDA0003655275790000036
时,容积调节完成,否则执行步骤S6.3至S6.6,直至容积调节完成。
一种炉体容积调节装置,包括炉体框架、阻尼器、水平保温板、弹簧组件、保温带工装、竖直保温板、光幕传感器、保温带、气囊和位移传感器;所述保温带设置在炉体框架内部的前后两端之间,保温带的前后两端分别通过横向的保温带工装与炉体框架连接;所述弹簧组件和阻尼器分别安装在保温带端部的左右两侧;所述气囊位于炉体框架内部并贴实在保温带的上方;所述水平保温板分别设置在炉体框架的上、下端面,并与炉体框架固连;所述竖直保温板设置在炉体框架的前、后端面,并与炉体框架固连;所述光幕传感器分别设置在炉体框架前、后端面的中部;所述位移传感器设置在炉体框架的下端面中部。
进一步的,所述炉体框架的上端面中部设置有充放气阀组;所述充放气阀组通过管件与气囊11连接。
进一步的,所述炉体框架前后两侧端面的中部对称设置有玻璃观察窗。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过对炉体系统模型进行模拟仿真分析,以获得工件与保温带(容积调节部件之一)在不同垂度下的不同垂度差的温度分布,能够有效地分析容积调节后的对流换热效果。
2、本发明根据工件与保温带(容积调节部件之一)垂度差通过仿真模拟建立的垂度差参考集,可作为容积调节的参考依据,能够有效地指导容积调节。
3、本发明以工件与保温带(容积调节部件之一)垂度差作为容积调节的随动依据,以垂度的形式体现容积的变化和调节,为容积调节提供了一种全新的调节方式。
4、在实施容积调节的过程中,容积调节部件使炉体容积减少,炉体热阻增大,能够减少热量的散失。
附图说明
图1是本发明一种炉体容积调节方法的详细流程图;
图2是本发明的流程简图;
图3是本发明的控制系统示意图;
图4是本发明的仿真模拟残差示意图;
图5是本发明一种炉体容积调节装置的结构示意图;
图6是图5内部的结构示意图;
图7是图5的三视结构示意图;
其中,附图标记:1-炉体框架,2-水平保温板,3-充放气阀组,4-阻尼器,5-弹簧组件,6-保温带工装,7-竖直保温板,8-光幕传感器,9-玻璃观察窗,10-保温带,11-气囊,12-工件,13-位移传感器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明所提出的一种炉体容积调节方法,如附图1和2所示,具体包括以下步骤:
S1、建立炉体系统三维模型库:根据工件12及保温带10(容积调节部件之一)的垂度差要求,建立不同悬垂度下的炉体系统的三维模型,并简化使其满足仿真模拟要求;将简化后的炉体系统的三维模型,依据工件的悬垂度,建立炉体系统三维模型库;
S2、对炉体系统模型进行强迫对流换热仿真分析:具体步骤如下
S2.1、等待读取工件12的悬垂度信息,悬垂度由光幕传感器8检测,并据此建立炉体系统三维模型库;
S2.2、从炉体系统三维模型集中进行三维模型提取,并进行六面体网格划分;
S2.3、将划分好的模型应用于流体仿真软件中进行仿真模拟,根据残差r判断其是否收敛,如图4所示,对于能量残差当r≤0.001时,仿真模拟满足收敛要求,当不满足残差r时,再次进行迭代求解直至收敛为止;
S2.4、提取工件12的表面温度,并对温度分布进行统计分析,当工件的温度分布达到高斯分布的3σ要求时,即根据悬垂挠曲工件的温度分布X(T)进行概率计算P(|X(T)-μ|<3σ)=99.74%,其中μ为平均温度,σ为温度标准差,统计三维模型集中的模型对应的垂度差,否则需重新对三维模型进行六面体网格优化,再次执行步骤S2.2至S2.4;
S2.5、根据统计的垂度差进行筛选,当垂度差的绝对值|ed|≤dc时,dc为误差,建立垂度差参考集{edi},edi为参考集中第i个垂度差,否则需重新提取三维模型,再次执行步骤S2.2至S2.5,直至满足要求为止;
S3、获取垂度差样本参考集:
S4、容积调节试验:具体步骤如下
S4.1、容积调节部件保温带10和气囊11复位至小垂度位置,即气囊11在充放气阀组3的动作下,使保温带10在弹簧组件5、阻尼器6的作用下复位拉伸至小垂度位置;
S4.2、对工件12执行小垂度预动作,同时位移传感器13检测工件最大悬垂位置的位移;
S4.3、对容积调节部件保温带10和气囊11预动作,即通过充放气阀组3向气囊11充气推动保温带10运动,同时由光幕传感器8检测容积调节部件的悬垂度,即检测保温带10的最大悬垂位置的位移;
S4.4、与此同时计算子步骤2和3中的悬垂度差
Figure BDA0003655275790000061
并检查预动作,当悬垂度差
Figure BDA0003655275790000062
时,
Figure BDA0003655275790000063
为误差,执行下一步,当超过误差
Figure BDA0003655275790000064
要求时,需再次对容积调节部件保温带10和气囊11实施预动作,直至满足误差要求;
S5、设定工件悬垂度:根据试验要求,对工件12设定所需的悬垂度,并将设定好的垂度送至步骤S2.1;
S6、读取垂度样本参考集数据并实施容积调节:读取步骤S3中的垂度差参考集{edi},并设定参考值|edi|用于容积调节;具体包括以下步骤:
S6.1、根据工件12设定的悬垂度,对工件执行运动使其接近设定位置,同时由位移传感器13检测工件最大悬垂度位置的悬垂度,并根据步骤S4.3中所检测得的保温带10(容积调节部件之一)的悬垂度,计算悬垂度差
Figure BDA0003655275790000065
S6.2、检查工件12的悬垂度,工件12在接近设定垂度的过程中,当垂度差
Figure BDA0003655275790000066
时,
Figure BDA0003655275790000067
为误差,容积调节部件保温带10和气囊11跟随工件12动作,即通过充放气阀组3向气囊11充气推动保温带10跟随工件12动作,否则工件12执行步骤S6.1,并继续保持接近设定垂度运动,直至满足容积调节部件保温带10和气囊11开始跟随为止;
S6.3、容积调节部件保温带10和气囊11跟随工件12运动,即通过充放气阀组3向气囊11充气推动保温带10跟随工件12,同时光幕传感器8保温带10(容积调节部件之一)的悬垂度,并根据步骤S6.1中检测得的工件12的悬垂度,再次计算悬垂对差
Figure BDA0003655275790000068
S6.4、判断工件12是否到达设定的悬垂度,当到达设定悬垂度位置时,从步骤S3的垂度差参考集{edi}中读取参考垂度差|edi|,否则执行步骤S6.3直至工件12到达设定的悬垂度位置为止;
S6.5、从步骤S3的垂度差参考集{edi}中读取垂度差|edi|并设定其为参考值,用于容积调节部件保温带10和气囊11跟随工件12满足设定垂度位置的判据;
S6.6、对到达设定悬垂对位置的工件12与保温带10(容积调节部件之一)悬垂度差
Figure BDA0003655275790000071
进行参考比对,当
Figure BDA0003655275790000072
时,容积调节完成,否则执行步骤S6.3至S6.6,直至容积调节完成。
根据以上所述步骤,在容积调节过程中,容积调节部件保温带10和气囊11跟随工件12的运动,能够根据图3所示的控制系统进行控制。
一种炉体容积调节装置,如图5至7所示,所述装置包括炉体框架1、水平保温板2、充放气阀组3、阻尼器4、弹簧组件5、保温带工装6、竖直保温板7、光幕传感器8、玻璃观察窗9、保温带10、气囊11、工件12和位移传感器13;所述保温带10设置在炉体框架内部的前后两端之间,保温带10的前后两端分别通过横向的保温带工装6与炉体框架1连接;所述弹簧组件5和阻尼器4分别安装在保温带10前后两端部的左右两侧;所述气囊11位于炉体框架1内部并贴实在保温带10的上端面中部区域;工件12设置在炉体框架1内部的前后两端之间且位于保温带10的下方;工件12、保温带10以及气囊11共同构成变容积装置的主体结构;所述水平保温板2分别设置在炉体框架1的上、下端面,并与炉体框架1固连;所述竖直保温板7设置在炉体框架1的前、后端面,并与炉体框架1固连;所述玻璃观察窗9对称设置在炉体框架1左右端面的中部;所述光幕传感器8分别设置在炉体框架1前、后端面的中部;所述位移传感器13设置在炉体框架1的下端面中部;所述充放气阀组3设置在炉体框架1的上端面中部,所述充放气阀组3一端穿过炉体框架1上端面水平保温板2后通过管件与气囊11连接。
本方法通过对炉体系统模型进行的仿真模拟所获得的垂度差集作为容积调节方法的参考依据,并通过充放气阀组3对气囊11实施作用,使保温带10依据垂度差集中的数据跟随工件12运动。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种炉体容积调节方法,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤:
S1、建立不同垂度差的炉体系统三维模型库:根据工件及容积调节部件的不同的垂度差要求,建立不同垂度下的炉体系统的三维模型库,使其满足仿真模拟要求;
S2、对炉体系统模型进行强迫对流换热仿真分析;
S3、获取垂度差样本参考集;
S4、容积调节试验;
S5、设定工件悬垂度:根据试验要求,对工件执行所需的垂度,并将设定好的垂度送至步骤上S2;
S6、读取垂度样本参考集数据并实施容积调节:读取步骤S3中的垂度差参考集,并设定参考值用于容积调节。
2.根据权利要求1所述的一种炉体容积调节方法,其特征在于:所述步骤S2具体包括:
S2.1、等待读取工件悬垂度信息,并据此建立炉体系统三维模型集;
S2.2、从炉体系统三维模型集中进行提取,并进行六面体网格划分;
S2.3、将划分好的模型应用于流体仿真软件中进行仿真模拟,根据残差r判断其是否收敛,当不满足残差r时,再次进行迭代求解直至收敛为止;
S2.4、提取工件温度,并对温度分布进行统计分析,当工件的温度分布满足高斯分布的3σ要求时,统计三维模型集中的模型对应的垂度差,否则需重新对三维模型进行六面体网格优化,再次执行步骤S2.2至S2.4;
S2.5、根据统计的垂度差进行筛选,当垂度差的绝对值|ed|小于给定的误差dc时,建立垂度差参考集{edi},否则需重新提取三维模型,再次执行步骤S2.2至S2.5,直至满足要求为止。
3.根据权利要求2所述的一种炉体容积调节方法,其特征在于:所述步骤S4具体包括:
S4.1、容积调节部件复位至小垂度位置,工件准备;
S4.2、对工件执行小垂度预动作,同时位移传感器检测工件最大悬垂位置的位移;
S4.3、对容积调节部件实施预动作,同时光幕传感器检测容积调节部件最大悬垂位置的位移;
S4.4、与此同时计算子步骤S4.2和S4.3中的悬垂度差
Figure FDA0003655275780000021
并检查预动作,当悬垂度差
Figure FDA0003655275780000022
小于误差
Figure FDA0003655275780000023
时执行下一步,当超过误差要求时,需再次对容积调节部件实施预动作,直至满足误差要求。
4.根据权利要求3所述的一种炉体容积调节方法,其特征在于:所述步骤S6具体包括:
S6.1、根据工件设定的悬垂度,对工件执行运动使其接近设定位置,同时检测工件悬垂度,并根据步骤S4.3所检测得的容积调节部件的悬垂度,计算悬垂度差
Figure FDA0003655275780000024
S6.2、检查工件悬垂度,工件在接近设定垂度的过程中,当垂度差
Figure FDA0003655275780000025
大于误差
Figure FDA0003655275780000026
时,容积调节部件跟随工件运动,否则工件执行步骤S6.1,并继续保持接近设定垂度运动,直至满足容积调节部件开始跟随为止;
S6.3、容积调节部件跟随工件运动,同时检测容积调节部件的悬垂度,并根据步骤S6.1中检测得的工件悬垂度,再次计算悬垂对差
Figure FDA0003655275780000027
S6.4、判断工件是否到达设定悬垂度,当到达设定悬垂度位置时,从步骤S3的垂度差参考集{edi}中读取参考垂度差|edi|,否则执行步骤S6.3直至工件到达设定的悬垂度为止;
S6.5、从步骤S3的垂度差参考集{edi}中读取垂度差|edi|并设定其为参考值,用于容积调节部件跟踪工件悬垂度的满足判据;
S6.6、对于到达设定悬垂度位置的工件与容积调节部件悬垂度差
Figure FDA0003655275780000028
进行参考比对,当
Figure FDA0003655275780000029
时,容积调节完成,否则执行步骤S6.3至S6.6,直至容积调节完成。
5.一种用于实现权利要求4所述调节方法的炉体容积调节装置,其特征在于:所述装置包括炉体框架、阻尼器、水平保温板、弹簧组件、保温带工装、竖直保温板、光幕传感器、保温带、气囊和位移传感器;所述保温带设置在炉体框架内部的前后两端之间,保温带的前后两端分别通过横向的保温带工装与炉体框架连接;所述弹簧组件和阻尼器分别安装在保温带端部的左右两侧;所述气囊位于炉体框架内部并贴实在保温带的上方;所述水平保温板分别设置在炉体框架的上、下端面,并与炉体框架固连;所述竖直保温板设置在炉体框架的前、后端面,并与炉体框架固连;所述光幕传感器分别设置在炉体框架前、后端面的中部;所述位移传感器设置在炉体框架的下端面中部。
6.根据权利要求5所述的一种炉体容积调节装置,其特征在于:所述炉体框架的上端面中部设置有充放气阀组;所述充放气阀组通过管件与气囊11连接。
7.根据权利要求5所述的一种炉体容积调节装置,其特征在于:所述炉体框架前后两侧端面的中部对称设置有玻璃观察窗。
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