Печь с подом на тележке — это крупная тепловая система. Температурные градиенты неизбежны, но ими можно управлять. Обследование равномерности температуры (TUS) — это тест, подтверждающий эффективность мер по управлению температурой.
Компания MONTE INTELLIGENCE проводит испытания TUS в рамках ввода печи в эксплуатацию и рекомендует проводить периодические повторные испытания на протяжении всего срока службы печи. В данной статье объясняются требования к испытаниям TUS в соответствии со стандартом AMS 2750F, наиболее часто используемым стандартом для оборудования термической обработки в аэрокосмической, автомобильной и общей отраслях промышленности.
Стандарт AMS 2750F классифицирует печи по допуску на равномерность температуры. Класс 1 требует равномерности ±3°C — самый жесткий допуск, используемый для ответственных компонентов аэрокосмической отрасли, таких как турбинные диски и конструкционные поковки. Класс 2 требует ±6°C — стандарт для большинства видов термообработки в аэрокосмической отрасли. Класс 3 требует ±8°C. Класс 4 требует ±10°C. Класс 5 требует ±14°C. Класс 6 требует ±28°C — самый свободный допуск, используемый для снятия напряжений и некритичных применений.
Для топки с подом на тележке достижение температуры класса 2 (±6°C) является сложной, но достижимой задачей. Достижение температуры класса 1 (±3°C) крайне затруднительно для топки такого типа из-за физических масштабов — в топочной камере длиной 10 метров существуют температурные градиенты, обусловленные расположением горелок, характером потока дымовых газов и теплопотерями через дверцу. Для достижения температуры класса 1 на топке с подом на тележке обычно требуются электрические нагревательные элементы с очень точным зональным регулированием, а не газовые горелки.
Процедура TUS в соответствии со стандартом AMS 2750F требует размещения массива термопар по всей рабочей зоне печи. Рабочая зона — это объем, в пределах которого должна находиться обрабатываемая деталь для проведения заданной термической обработки; она исключает области вблизи стен, двери и задней стенки, где температура, вероятно, будет менее равномерной. Для печи с подвижным подом рабочая зона обычно определяется как объем, расположенный на расстоянии не менее 300 мм от стен, потолка и двери и не менее 150 мм от поверхности пода.
Количество необходимых термопар TUS зависит от объема рабочей зоны. Для объемов до 0,085 кубических метров (3 кубических фута) требуется 9 термопар — по одной в каждом углу прямоугольной сетки плюс одна в центре. Для объемов от 0,085 до 6,4 кубических метров количество увеличивается до сетки 4х4х4 или 15-40 термопар в зависимости от соотношения сторон. Для большой топочной печи с подом на тележке и рабочей зоной 30-50 кубических метров стандарт требует сетки с достаточным количеством термопар, чтобы расстояние между двумя соседними точками измерения не превышало 0,6 метра.
Массив термопар установлен на испытательном стенде — легкой конструкции, обычно изготовленной из труб из нержавеющей стали, которая размещает термопары в заданных местах, не оказывая существенного влияния на поток воздуха или теплопередачу в печи. Испытательный стенд устанавливается на тележку, и тележка перемещается в печь для проведения обследования.
Обследование проводится при минимальной и максимальной рабочих температурах печи, а также, как правило, при одной или нескольких промежуточных температурах. Для печи с номинальной температурой 500-1100°C обследование проводится при 500°C, 800°C и 1100°C — три полных цикла обследования. При каждой температуре, после стабилизации работы печи (показания всех термопар, измеренных в течение 30 минут, находятся в пределах ±3°C от заданного значения), сбор данных продолжается не менее 30 минут.
Критерием приемки является то, что все термопары, используемые для измерения температуры, должны оставаться в пределах заданного диапазона допустимой однородности в течение всего периода сбора данных. Если какой-либо термопара выходит за пределы допустимого диапазона, измерение при данной температуре считается неудовлетворительным. В случае неудовлетворительного результата измерения необходимо скорректировать параметры управления печью — как правило, смещения температуры в зонах контроллера — и провести повторное тестирование.
Регулировка смещения температуры в зонах является основным инструментом для повышения равномерности. Если прибор TUS показывает, что передняя часть печи (возле дверцы) работает на 8°C холоднее заданной температуры, в то время как задняя часть работает при заданной температуре, контроллер передней зоны можно запрограммировать со смещением +8°C. После регулировки прибор TUS запускается повторно для проверки улучшения. Большинство печей могут достичь равномерности класса 2 при правильной настройке смещения температуры в зонах, даже если первоначальное обследование показывает отклонение ±10°C или хуже.
Интервал проверки зависит от класса печи и критичности выполняемых работ. Для печей класса 2, обрабатывающих компоненты аэрокосмической отрасли, техническую проверку необходимо повторять каждые 6 месяцев в соответствии со стандартом AMS 2750F. Для печей класса 4, обрабатывающих промышленные термообрабатывающие материалы, обычно проводится ежегодная проверка. Любая существенная модификация печи — замена горелки, модернизация системы управления, замена огнеупорной футеровки — влечет за собой повторную проверку на соответствие требованиям.
Взаимосвязь между TUS и SAT (System Accuracy Test – проверка точности системы) часто путают. TUS измеряет распределение температуры по всей рабочей зоне. SAT измеряет точность термопар управления и регистрации температуры печи относительно калиброванного эталона. Оба теста необходимы для соответствия стандарту AMS 2750, но они служат разным целям. Печь может пройти SAT (термопара управления показывает точные показания), но не пройти TUS (некоторые участки рабочей зоны слишком горячие или слишком холодные относительно контрольной точки).
Документация является результатом проведения технического осмотра. Отчет об осмотре должен включать идентификацию печи, дату испытания, температуру испытания, схему расположения термопар, исходные данные о температуре на всех термопарах за весь период сбора данных, расчетную равномерность температуры и заключение о прохождении/непрохождении испытания. Этот отчет становится частью документации по качеству печи и проверяется во время аудитов заказчиков и аккредитации NADCAP.
Компания MONTE INTELLIGENCE включает в пусконаладочные работы первичное техническое обслуживание печи и может предоставлять услуги периодического повторного обследования. Мы также поставляем крепежные элементы для термопар, системы сбора данных и программное обеспечение для составления отчетов.
Для получения услуг TUS или поддержки по вводу печей в эксплуатацию обращайтесь по адресу helenxu@cnlymonte.com.
