Термостаты и охладители в технологических процессах. Конструкция, выбор, применение



                Temperature Control by Means of Fluid Media





Editor  Paul Gorbach      Regloplas AG                          
Authors Beck Ruedi        Di eTec GmbH                          
        Biebel Peter      Speck-Purnpen Systemtechnik GmbH      
        Bolli Ren£        Firoplan AG                           
        de Graaf Nico     NLR Markmesse                         
        Divendal Rudi     Kutval BV                             
        Dreier Thomas     aic-regloplas grnbh                   
        Gerardts Marco    Celsius                               
        Gorbach Paul      Regloplas AG                          
        Grutter Heini     Buss AG                               
        Kruijsen Theo     Allcontrol AG                         
        Land Wolfgang     Journalist                            
        Lowe David        Regloplas AG                          
        Otten Heinz       Dittmer GbR                           
        Pilsl Josef       aic-regloplas grnbh                   
        Schbne Lutz       BRANDEMBURGER Isoliertechnik GmbH & Co
        Sommer Hans Jorg  KATZ Ausbildungszentrum               
        Steptoe Alan      Motan Ltd                             
        Thiele Norbert    Ingenieurburo                         
        van Gernert Henty Regloplas Corporation/USA             
        Vaterlaus Erich   Thommen-Furler AG                     
        Wagner Walter     WTS                                   

Design consultant

                   Suter Global Communication, Zurich









Huthig Verlag

Regloplas AG

Пол Горбач (ред.)



        ТЕРМОСТАТЫ И ОХЛАДИТЕЛИ
        В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Конструкция, выбор, применение




Перевод с немецкого языка 7-го издания под редакцией В. Г. Дувидзона


Авторы разделов:
Руди Б эк, Питер Бибель, Рене Боли, Нико де Граф, Руди Дивендаль, Томас Драйер, Марко Жерардс, Пол Горбач, Хайни Грюттер, Тео Круйсен, Вольфганг Ланг, Дэвид Л оу, Хайнц Оттен, Джозеф Пилсл, Лутц Шене, Ханс Йорг Зоммер, Алан Степто, Норберг Тиль, Генри ван Гемерт, Эрик Ватерлаус, Вальтер Вагнер




           ЦЕНТР
           ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ


     ПРОФЕССИЯ


Санкт-Петербург
2012

УДК 681.536.5
ББК31.292Нем
Т35


Т 35   П. Горбач (ред.). Термостаты и охладители в технологических процес        сах. Конструкция, выбор, применение / Пер. с нем. 7-го изд. под ред. В. Г Дувидзона. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2012. — 352 сгр., цв. ил.


       ISBN 978-5-91884-039-9
       ISBN 3-7785-3991-4 (нем.)


  В книге представлены наиболее важные основы технологии термостатирования, примеры реального применения на практике и ценные приложения, что делает книгу незаменимой в повседневной работе специалистов производства. В издании рассматриваются варианты конструкций термостатов и охладителей, обсуждаются вопросы термостатирования форм для литья под давлением полимерных материалов и металлов. Подробно обсуждается оценка достоинств и недостатков различных типов этого периферийного оборудования, а также приводятся методики расчета основных параметров под разные технологические процессы.
  Издание будет полезно не только инженерам отрасли переработки пластмасс и обработки металлов, но и студентам профильных вузов, а также всем, интересующимся темой.


                                                          УДК 681.536.5
                                                          ББК 31.292Нем



Copyright © 2009 Regloplas GmbH All rights reserved.
      Authorized translation from the original German language edition published by Regloplas GmbH

     Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

     Информация, содержащаяся вданной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие ил и технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.


ISBN 3-7785-3991-4 (нем.) ISBN 978-5-91884-039-9

© REGLOPLAS, 2009
© ЦОП «Профессия», 2012
© Перевод, оформление:
ЦОП «Профессия», 2012

        Содержание

Предисловие к пятом}' изданию......................................9
Предисловие редактора к русском}' изданию.........................10
1. Термостаты.....................................................11
  1.1. Что такое термостат?.......................................11
  1.2. Принцип действия термостата ...............................11
  1.3. Классификация термостатов..................................12
  1.4. Регулирование..............................................31
  1.5. Техника безопасности.......................................31
  1.6. Стандарты, правила, инструкции и показатели соответствия...33
  1.7. Дополнительные характеристики..............................34
  1.8. Вспомогательные устройства.................................35
  1.9. Обслуживание и ремонт......................................36
  1.10. Экономическая эффективность применения термостатов........36
  1.11. Другие устройства для поддержания постоянной температуры..37
  1.12. Основные вычисления в метрических единицах измерения (система СИ) ....39
  1.13. Основные вычисления в английских единицах измерения.......61
  1.14. Анализ технических данных.................................85
  1.15. Список литературы.........................................86
2. Техническое обсл}живание термостатов...........................87
  2.1. Введение...................................................87
  2.2.   Профилактическое техническое обслуживание или ремонт термостата после выхода его из строя.........................................88
  2.3.   Техническое обслуживание термостатов собственным персоналом или с привлечением сторонних организаций..............................88
  2.4. Критерии периодичности обслуживания........................90
  2.5. Проверка термостатов.......................................90
3. Охлаждение и охладители........................................94
  3.1. Назначение охладителя......................................94
  3.2. Охлаждение при помощи атмосферного воздуха.................95
  3.3. Охлаждение при помощи хладагентов..........................97
  3.4. Комбинированные (комплексные) системы охлаждения...........99
  3.5. Критерии выбора...........................................100
  3.6. Водоподготовка............................................101
  3.7. Выводы....................................................103
  3.8. Список литературы.........................................103

Содержание

4. Средства автоматического управления.............................104
  4.1.   Закрытая и открытая системы управления (регулирование с обратной связью и без нее)..................................................104
  4.2. Термины и параметры системы управления.....................107
  4.3. Методы осуществления управления с обратной связью..........111
  4.4. Регулирование температуры за счет термостатов...............117
5. Передача данных.................................................125
  5.1. Введение...................................................125
  5.2. Интерфейсы: описание и функции.............................126
  5.3. Электрические интерфейсы на команды нагревания/охлаждения..127
  5.4. Аналоговые интерфейсы......................................128
  5.5. Цифровые интерфейсы........................................129
  5.6. Сравнение интерфейсов......................................130
  5.7.   Передача данных за счет использования интерфейсов и протоколов передачи дан ных...................................................133
  5.8. Наиболее важ:ные термины....................................134
  5.9.   Электронная система термостата с интерфейсом на примере системы управления RT5Q...................................................135
  5.10. Выводы....................................................136
6. Измерение температуры на практике..............................137
  6.1. Категории идиапазон применимости...........................137
  6.2.   Конструкции датчиков температуры, использующихся на практике.......................................................138
  6.3. Измерение температуры при помощи термометров сопротивления.139
  6.4. Измерение температуры при помощи термопар..................144
  6.5. Другие методы измерения температуры........................148
  6.6. Критерии применимости датчиков температуры.................149
  6.7. Проверка датчиков температуры на практике..................149
  6.8. Оценка величины температуры................................149
  6.9. Сравнение термометров сопротивления и термопар.............150
7. Насосы.........................................................151
  7.1. Принцип действия...........................................151
  7.2. Уплотнительные системы.....................................156
  7.3.   Влияние природы теплоносителя на выбор используемого насоса и уплотнений......................................................161
  7.4. Повреждение насоса.........................................162
  7.5. Обслуживание и ремонт......................................164
  7.6. Поиск и устранение неполадок...............................164
8. Использование воды в качестве теплоносителя....................167
  8.1.   Преимущества и недостатки использования воды в качестве теплоносителя......................................................167
  8.2.   Проблемы, связанные с использованием воды в качестве теплоносителя......................................................169
  8.3. Профилактические меры......................................172
  8.4. Ингибиторы коррозии........................................174
  8.5. Выводы.....................................................175
  8.6. Список литературы..........................................175

Содержание

7

9. Использование масла в качестве теплоносителя..........................176
  9.1. Требования к теплоносителям..................................176
  9.2. Теплостойкое масло...........................................177
  9.3. Свойства и параметры теплопроводного масла...................178
  9.4. Воспламеняемость теплопроводного масла.......................181
  9.5. Испытание образцов...........................................182
  9.6. Список литературы............................................183
10. Очистители для масляных термостатов.............................184
  10.1. Функционирование............................................184
  10.2. Принцип действия............................................184
  10.3. Области применения..........................................185
11. Экономичность процесса регулировки температуры и КПД термостата.186
  11.1. Практический опыт...........................................186
  11.2. Потери тепла................................................188
  11.3. Инерция.....................................................191
  11.4. Термический коэффициент полезного действия..................192
  11.5. Дополнительные преимущества тепловой изоляции...............193
  11.6. Выводы......................................................194
12. Пластмассы......................................................195
  12.1. Обзор пластмасс и их типы...................................195
  12.2. Тепловые режимы.............................................197
  12.3. Переработка.................................................199
  12.4. Список литературы...........................................201
13. Использование термостатов в формах для литья пластмасс под давлением.202
   13.1. Тепловой баланс литьевой формы.............................202
   13.2.  Цель регулирования температуры литьевой формы и влияние ее на качество отливки ...................................................203
   13.3.  Предотвращение проблем литья поддержанием температуры литьевой формы в оптимальном режиме..........................................205
   13.4. Термостаты и охладители....................................206
   13.5.  Преимущества и экономическая эффективность использования термостатов и охладителей...........................................209
   13.6. Списоклитературы...........................................210
14.  Влияние термостатирования на эксплуатацию оборудования непрерывного действия............................................................211
  14.1. Принцип переработки.........................................211
  14.2. Нагревание..................................................213
  14.3. Регулирование температуры...................................214
  14.4. Практика применения термостатируемого компаудера ...........215
  14.5. Практические примеры........................................216
  14.6. Используемые термостаты.....................................220
  14.7. Выводы......................................................221
15. Применение термостатов в литейных формах для литья металлов.....222
  15.1. Введение....................................................222
  15.2. Тепловой баланс литейной формы..............................222
  15.3. Цели термостатирования литейных форм........................223
  15.4. Влияние температуры литейной формы на свойства отливок......224

Содержание

   15.5.  Регулирование температуры литейной формы как необходимое условие литья без проблем..................................................226
   15.6. Термостаты................................................228
   15.7. Список литературы.........................................232
16. Рекомендации по расположению каналов термостатирования в формах для литья металлов.................................................233
   16.1. Тепловой баланс...........................................233
   16.2. Нагревание литейной формы.................................233
   16.3. Зоны термостатирования....................................234
   16.4. Размеры каналов термостатирования.........................235
   16.5. Спиральные вставки охлаждения.............................235
   16.6. Переработка магния........................................236
   16.7. Общие рекомендации по термостатированию водой.............242
   16.8. Список литературы.........................................243
17. Примеры применения.............................................244
   17.1. Применение термостатов и охладителей......................244
   17.2. Термостатирование пресс-форм для литьевого прессования....246
   17.3. Термостатирование литьевых формдля производства высококачественных
деталей из полимерных материалов ..................................249
   17.4. Регулирование температуры компрессионных форм.............252
   17.5. Термостатирование термосмесителей.........................254
   17.6. Литье под давлением деталей мотоциклов из цветных сплавов.257
   17.7. Регулирование температуры пуансона при литье поддавлением металлов 259
   17.8. Литье в песчаные формы....................................261
   17.9. Ковочные штампы для деталей грузовых автомобилей..........263
   17.10. Хонингование блоков циливдровдвигателей внутреннего сгорания ....266
   17.11. Стенды для испытаний двигателей внутреннего сгорания.....269
   17.12.  Высокоэффективные шпиндели фрезерных станков и автоматические шлифовальные станки................................................272
   17.13.  Использование термостатов и охладителей для производства больших водяных фильтров...................................................274
   17.14.  Термостатирование валков и цилиндров в целлюлозно-бумажной промышленности.....................................................276
   17.15. Термостаты, используемые при производстве шоколада.......279
   17.16. Обжарка зерен с использованием экструдеров...............284
18. Приложения.....................................................286
   18.1. Контрольные листки........................................286
   18.2. Таблицы перевода единиц измерения.........................295
   18.3. Свойства некоторых веществ................................299
   18.4.  Аббревиатуры и сокращения, используемые для пластмасс и эластомеров......................................................318
   18.5.  Термостаты Regloplas, отвечающие требованиям всех вариантов применения.........................................................345
Сведения об авторах и контактная информация........................350

        Предисловие к пятому изданию

Если верить немецкой поговорке «Качество книги можно оценить по уровню читателей, которые ею пользуются», то «Термостатирование и терморегулирование с помощью жидких сред» (в русском издании «Термостаты и охладители в технологических процессах. Конструкция, выбор, применение») является по-настоящему выдающейся книгой. Пятое издание настоящей книги, которая используется специалистами уже в течение более 20 лет и ежегодно расширяет крут своих читателей на немецком, английском и французском языках, является основой науки о термостатировании и терморегулировании с помощью жидких сред.
  Являясь лидерами в технологии регулирования температуры, авторы настоящей книги чувствуют ответственность за нее и хотят передать свои знания читателям. Помимо оптимальной конструкции термостатов и охладителей, теоретические знания также довольно важны для обеспечения высокого уровня качества и производительности.
  Настоящее издание было в значительной степени исправлено и дополнено важной информацией, в результате чего оно отображает современный уровень развития рассматриваемой области техники. В разделе «Примеры применения» рассмотрены конкретные случаи использования термостатов на практике. Наряду с главами «Основные понятия» и «Приложения», этот раздел поможет сформировать более целостное представление об изучаемом вопросе.
  Авторы настоящей книги хотели бы воспользоваться возможностью и выразить особую благодарность многочисленным соавторам, поделившимся своими обширными знаниями и опытом, которые нашли отражение в новом издании настоящей книги.

Коллектив авторов

        Предисловие редактора
        к русскому изданию

Большой авторский коллектив этой книги в простой и увлекательной форме осуществил дерзкую попытку описать проблемы поддержания постоянной температуры технологических процессов за счет осознанного подбора периферийного оборудования, в первую очередь для литья деталей из полимерных материалов.
  В книге представлены классификации термостатов и охладителей, оценка достоинств и недостатков различных типов этого периферийного оборудования, методики расчета основных параметров под разные технологические процессы, а также примеры их применения, проблемы при обслуживании и способы устранения возникающих отклонений в работе.
  Методика расчета основных параметров термостатов представлена в этом издании развернуто, с пояснениями и примерами. Уже одно это является удивительным исключением для «учебников» по оборудованию. Например, расчеты базовых параметров термостатов представленные практически во всех специализированных изданиях (книги, журналы) иногда не совсем корректны, это как-бы «любительские» расчеты. «Профессиональные» расчеты параметров, которые проводят фирмы-изготовители термопластавтоматов, сильно отличаются от книжных, и по содержанию, и по результатам. В книге, которую Вы держите в руках, все иначе. Все расчеты даны четко и однозначно. Поэтому, вооружившись этой методикой, технолог по литью или конструктор литьевых форм могут быстро и легко рассчитать требуемые параметры процесса термостатирования и на основе этих расчетов подобрать нужный типоразмер термостата, что в свою очередь обеспечит требуемое качество продукции.
  Спасибо Центру образовательных программ «Профессия» и авторам книги за то, что они выпустили такой нужный «учебник для народа».



Дувидзон Владимир Григорьевич

♦ Термостаты

Пол Горбач (Paul Gorbach) и Дэвид Лоу (DavidLowe), компания Regloplas AG

Регулирование температуры технологического оборудования или оснастки производится специальными устройствами, которые обычно называют термостатами. В настоящей главе представлен всесторонний обзор этих устройств, рассмотрены принципы их работы, варианты конструкций (включая преимущества и недостатки), технические термины, связанные с ними, а также используемые показатели соответствия и рентабельности. В отдельных разделах обсуждаются основы техники безопасности, правила использования термостатов, приведены примеры расчетов основных параметров термостатов.

    1.1. Что такое термостат?

Термостат или устройство нагрева/охлаждения, представляет собой аппарат, используемый для обеспечения рабочей температуры потребителя (например, литьевой формы), как перед началом технологического процесса, так и для поддержания этой температуры на постоянном уровне в течение технологического процесса, за счет нагревания и/или охлаждения циркулирующей теплопередающей жидкости (теплоносителя).

    1.2. Принцип действия термостата

На рис. 1.1. показан принцип работы типичного термостата. Из бака (1), вкотором установлены: нагреватель(2) и охладитель(5),насос(4) нагнетает теплоноситель сначала к потребителю (10), а затем обратно в бак (1). При помогай датчика температуры (9) измеряется температура теплоносителя в баке, значение которой передается на регулятор в блоке управления (7). Регулятор управляет температурой теплоносителя в баке, а, следовательно,

1, Термостаты

косвенно регулирует температуру потребителя (10). Если в процессе работы термостата наблюдается увеличение температуры потребителя выше значения, заданного регулятором на дисплее блока управления (7), то по команде регулятора открывается электромагнитный клапан (5) на линии подачи охлаждающей воды в бак термостата. Этот клапан находится в открытом состоянии до тех пор, пока температура теплоносителя, а, следовательно, и потребителя, не вернется на заданный в регуляторе уровень. Если же температура потребителя уменьшается ниже заданного значения, то регулятор передает сигнал на нагреватель (2) и начинается нагрев теплоносителя в баке, а клапан (5) закрывается и поступление охлаждающей воды в охладитель (3) прекращается. Более подробная информация относительно автоматического управления представлена в главе 4 «Средства автоматического управления и регулирования».



Рис. 1.1. Принцип работы термостата:
? — бак с тепл оносителем; 2 — нагревател ь; 3 — охл адитель; 4 — насос;
5 — электромагнитный клапан (линия охлаждения); 6 — регулятор уровня теплоносителя в баке; 7 — блок управления; 8 — заливная горловина; 9 — датчик температуры;
10 — потребитель


    1.3. Классификация термостатов

Термостаты, в зависимости от используемого в них типа теплоносителя, разделяют на водяные или масляные. Термостаты, у которых теплоноситель — вода, обычно поддерживают максимальную выходную температуру 90 °C, или около 160 °C, если в качестве теплоносителя используется перегретая вода. Термостаты, у которых в качестве теплоносителя используется теплостойкое масло под низким давлением характеризуются максимальным значением выходной температуры теплоносителя 350 °C. По принципу нагрева теплоносителя в термостате вьщеляют нагревание в ванне

1. Термостаты

13

или в процессе принудительной циркуляции потока, а принципу охлаждения — прямое или косвенное (непрямое) охлаждение. Также термостаты бывают одно- или многоконтурные. В следующих разделах будут рассмотрены все вышеуказанные конструкции.

1.3.1. Термостаты с нагреванием в ванне
1.3.1.1. Основные принципы работы
При нагревании теплоносителя в баке термостата по принципу «нагревание в ванне», циркулирующая вода или теплостойкое масло непосредственно контактируют с кислородом воздуха. При этом бак, в котором находится теплоноситель, выступает и в качестве расширительного бачка.

1.3.1.2. Применение
Принцип нагревания в ванне может использоваться в конструкциях термостатов для умеренных значений температур теплоносителя, т е. до 90 °C в случае, если теплоноситель вода, идо 150 °C в случае масла.
   При температурах, превышающих 90 °C, вода начинает интенсивно испаряться. Поэтому для более высоких температур используют перегретую воду, циркулирующую в герметичном контуре под давлением (см. раздел 3.3).
   Теплостойкое масло при температурах более 150 °C также способно испаряться. Пары масла имеют неприятный запах и при определенных условиях могут воспламеняться. Поэтому термостаты на масле с нагреванием в ванне рекомендуется использовать при температурах, не превышающих 150 °C. Более подробная информация представлена в главе «Теплостойкие масла».

1.3.1.3. Конструкция и порядок эксплуатации
На рис. 1.2. и 1.3. представлены общий вид и конструкция термостата Regloplas.
   Один из элементов термостата — погружной насос (обычно центробежный) устанавливается вертикально на крышке бака. Преимуществом такого вертикального расположения является отсутствие утечек рабочей жидкости из насоса, поскольку он полностью погружен в теплоноситель. Нагреватель находится в том же баке с теплоносителем, омывающим нагреватель. При использовании теплостойкого масла необходимо учитывать особенности поведения масла при нагреве. При применении в качестве теплоносителя воды влияние этих особенностей не столь существенно.
   Точное соотношение между мощностью нагрева теплоносителя и производительностью насоса (расходом жидкости, приходящейся на единицу поверхности нагрева) является очень важным фактором, определяющим возможную продолжительность эксплуатации масла. Чем выше мощность нагрева и чем ниже расход теплоносителя, тем выше значение тепловой нагрузки, действующей на масло, и тем короче срок его эксплуатации.