1 измерение температуры. Шкалы температур. Классификация методов и приборов температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела

1 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ. ШКАЛЫ ТЕМПЕРАТУР. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И ПРИБОРОВТемпературой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела. Чем выше температура тела, тем больше скорость его молекул, тем больше их кинетическая энергия. С изменением кинетической энергии молекул тела изменяется его тепловое состояние, а вместе с этим изменяются и многие физические свойства: при нагревании тело расширяется, а при охлаждении сжимается. Температура не поддается непосредственному измерению. Поэтому о температуре судят по изменению физических свойств, т.е. применяют косвенные методы измерения. Все предлагаемые температурные шкалы строились (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере) постоянным точкам присваивались определенные числовые значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связанно с температурой. Принимая для двух постоянных точек определенные значения температур, на этой основе можно построить температурную шкалу. Существует несколько градуированных температурных шкал, и за точки отсчета в них обычно взяты температуры замерзания и кипения воды. Сейчас самой распространенной в мире является шкала Цельсия. В 1742 шведский астроном Андерс Цельсий предложил 100-градусную шкалу термометра, в которой за 0 градусов принимается температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а за 100 градусов - температура таяния льда. Деление шкалы составляет одну сотую этой разницы. Когда стали использовать термометры, оказалось удобнее поменять местами 0 и 100 градусов. К настоящему времени шкала Цельсия несколько изменилась: за 0 °C по-прежнему принята температура таяния льда при нормальном давлении, которая от давления не очень зависит. Зато температура кипения воды при атмосферном давлении теперь равна 99,975 °C, что не отражается на точности измерения практически всех термометров, кроме специальных прецизионных. Известны также температурные шкалы Фаренгейта, Кельвина, Реомюра и другие. Температурная шкала Фаренгейта, принятая в 1714 году, имеет три фиксированные точки: 0 градусов соответствовал температуре смеси воды, льда и нашатыря, 96 градусов - температуре тела здорового человека. В качестве контрольной температуры для сверки различных термометров было принято значение 32 градусов для точки таяния льда. Шкала Фаренгейта широко распространена в англоязычных странах, но ею почти не пользуются в научной литературе. Обе шкалы - как Фаренгейта, так и Цельсия, - весьма неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды и выражается отрицательным числом. Для таких случаев были введены абсолютные шкалы температур, в основе которых лежит экстраполяция к так называемому абсолютному нулю - точке, в которой должно прекратиться молекулярное движение. Одна из них называется абсолютной термодинамической шкалой. Температура по ней измеряется в кельвинах (К). Шкалы начинается при температуре абсолютного нуля, а точка замерзания воды соответствует 273,16 K. Число градусов и кельвинов между точками замерзания и кипения воды по шкале Цельсия и абсолютной термодинамической шкале одинаково и равно 100. После введения международной системы единиц (СИ) к применению рекомендованы две температурные шкалы. Первая шкала - термодинамическая, которая не зависит от свойств используемого вещества (рабочего тела) и вводится посредством цикла Карно. Единицей измерения температуры в этой температурной шкале является один кельвин (1 К) - одна из основных единиц в системе СИ. Эта единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина), который разрабатывал эту шкалу и сохранил величину единицы измерения температуры такой же, как и в температурной шкале Цельсия. Вторая рекомендованная температурная шкала - международная практическая. Эта шкала имеет 11 реперных точек - температуры фазовых переходов ряда чистых веществ, причём значения этих температурных точек постоянно уточняются. Единицей измерения температуры в международной практической шкале также является 1 К. В настоящее время основной реперной точкой, как термодинамической шкалы, так и международной практической шкалы температур является тройная точка воды. Эта точка соответствует строго определенным значениям температуры и давления, при которых вода может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Причем, если состояние термодинамической системы определяется только значениями температуры и давления, то тройная точка может быть только одна. Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки различных устройств применяемых в промышленности, при научных исследованиях, для специальных целей. Самые старые устройства для измерения температуры – жидкостные стеклянные термометры – используют термометрическое свойство теплового расширения тел. Действие термометров основано на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой она находится (термометрического стекла или реже кварца). Жидкостный термометр состоит из стеклянных баллона, капиллярной трубки и запасного резервуара. Термометрическое вещество заполняет баллон и частично капиллярную трубку. Свободное пространство в капиллярной трубке и в запасном резервуаре заполняется инертным газом или может находиться под вакуумом. Запасной резервуар или выступающая за верхним делением шкалы часть капиллярной трубки служит для предохранения термометра о порчи при чрезмерном перегреве. В качестве термометрического вещества чаще всего применяют химически чистую ртуть. Она не смачивает стекла и остается жидкой в широком интервале температур. Кроме ртути в качестве термометрического вещества в стеклянных термометрах применяются и другие жидкости, преимущественно органического происхождения. Например: метиловый и этиловый спирт, керосин, пентан, толуол, галлий, амальгама таллия. Основные достоинства стеклянных жидкостных термометров – простота употребления и достаточно высокая точность измерения даже для термометров серийного изготовления. К недостаткам стеклянных термометров можно отнести: плохую видимость шкалы (если не применять специальной увеличительной оптики) и невозможность автоматической записи показаний, передачи показаний на расстояние и ремонта. Стеклянные жидкостные термометры имеют весьма широкое применение и выпускаются следующих основных разновидностей: технические ртутные, с вложенной шкалой, с погружаемой в измеряемую среду нижней частью, прямые и угловые; лабораторные ртутные, палочные или с вложенной шкалой; жидкостные термометры (не ртутные); повышенной точности и образцовые ртутные термометры; специальные термометры (в том числе максимальные (медицинские и другие), минимальные, метеорологические и другого назначения). Также для измерения температуры применяют манометрические термометры. Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от температуры. Замкнутая измерительная система манометрического термометра состоит из чувствительного элемента, воспринимающего температуру измеряемой среды, рабочего элемента манометра, измеряющего давление в системе, длинного соединительного металлического капилляра. При изменении температуры измеряемой среды давление в системе изменяется, в результате чего чувствительный элемент перемещает стрелку или перо по шкале манометра, отградуированного в градусах температуры. Манометрические термометры часто используют в системах автоматического регулирования температуры, как бесшкальные устройства информации (датчики). Манометрические термометры подразделяют на три основных разновидности: жидкостные, в которых вся измерительная система заполнены жидкостью; конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично – ее насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр – насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной передаточной жидкостью; газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом. Достоинствами манометрических термометров являются сравнительная простота конструкции и применения, возможность дистанционного измерения температуры и возможность автоматической записи показаний. К недостаткам манометрических термометров относятся: относительно невысокая точность измерения, небольшое расстояние дистанционной передачи показаний (не более 60 метров) и трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы. Манометрические термометры не имеют большого применения на тепловых электрических станциях. В промышленной теплоэнергетике они встречаются чаще. Поверка показаний манометрических термометров производится теми же методами и средствами, что и стеклянных жидкостных. Для измерения температуры в металлургии наиболее широкое распространение получили термоэлектрические термометры, работающие в интервале температур от -200 до +2500 0C и выше. Данный тип устройств характеризует высокая точность и надежность, возможность использования в системах автоматического контроля и регулирования параметра, в значительной мере определяющего ход технологического процесса в металлургических агрегатах. Сущность термоэлектрического метода заключается в возникновении ЭДС в проводнике, концы которого имеют различную температуру. Для того, чтобы измерить возникшую ЭДС, ее сравнивают с ЭДС другого проводника, образующего с первым термоэлектрическую пару, в цепи которой потечет ток. ЭДС данной пары зависит только от температуры и не зависит от размеров электродов (длины, диаметра), величин теплопроводности и удельного сопротивления. Термоэлектрический термометр – это измерительный преобразователь, чувствительный элемент которого (термопара) расположен в специальной защитной арматуре, обеспечивающий защиту электродов от механических повреждений и воздействия измеряемой среды. Арматура включает защитный чехол, гладкий или с неподвижным штуцером, и головку, внутри которой расположено контактное устройство с зажимами для соединения электродов с проводами, идущими от измерительного прибора к термометру. Электроды по всей длине изолированы друг от друга и от защитной арматуры керамическими трубками. Защитные чехлы выполняются из газонепроницаемых материалов, выдерживающих высокие температуры и агрессивное воздействие среды. Термоэлектрические термометры выпускаются двух типов: погружаемые, поверхностные. Промышленность изготавливает устройства различных модификаций, отличающихся по назначению и условиям эксплуатации, по материалу защитного чехла, по способу установки термометра в точке измерения, по герметичности и защищенности от действия измеряемой среды, по устойчивости к механическим воздействиям, по степени тепловой инерционности. В металлургической практике для измерения температур до 650 0С применяются термометры сопротивления, принцип действия которых основан на использовании зависимости электрического сопротивления вещества от температуры. Зная данную зависимость, по изменению величины сопротивления термометра судят о температуре среды, в которую он погружен. Выходным параметром устройства является электрическая величина, которая может быть измерена с весьма высокой точностью (до 0.02 0С), передана на большие расстояния и непосредственно использована в системах автоматического контроля и регулирования. В качестве материалов для изготовления чувствительных элементов термометров сопротивления используются чистые металлы: платина, медь, никель, железо и полупроводники. Для решения различных задач термометры сопротивления делятся на эталонные, образцовые и рабочие, которые в свою очередь подразделяются на лабораторные и технические. О температуре нагретого тела также можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами. Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000 0С и выше. Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния измерителя на температурное поле нагретого тела, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Поэтому данные методы получили название бесконтактных.^ 2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЗАКОНАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ. АНАЛОГОВОЕ И ЦИФРОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ. ВИДЫ ЗАКОНОВ. ПОЗИЦИОННОЕ (РЕЛЕЙНОЕ) РЕГУЛИРОВАНИЕ.2.1 Основные понятия о законах регулирования. Виды законовЗакон регулирования - это вид зависимости между величиной регулирующего воздействия (выходная величина регулятора) и отклонением регулируемого параметра от заданного значения (входная величина регулятора). Закон регулирования может быть выражен аналитически в виде определенного уравнения. Законы регулирования бывают: линейные и нелинейные.  Нелинейные законы регулирования классифицируются на функциональные, логические, параметрические, оптимизирующие. Объект регулирования является главным звеном системы; его свойства (статические и динамические характеристики) влияют на характер регулирования. В промышленности объектами регулирования являются печи, резервуары, и другие подобные объекты. Объекты регулирования подразделяются на объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами. Объектами с сосредоточенными параметрами называются такие, в которых регулируемая величина в состоянии равновесия объекта имеет везде одинаковые значения. Динамические свойства объектов регулирования с сосредоточенными параметрами описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Объектами с распределенными параметрами называются такие, в которых регулируемая величина в равновесном и переходном режимах имеет неодинаковые значения в различных точках объекта. Примерами таких объектов могут служить трубопроводы, по которым перекачивают жидкость или подают различные сыпучие материалы при помощи воздуха. Динамические свойства таких объектов описываются дифференциальными уравнениями в частных производных. В технологических процессах большое число объектов регулирования представляют собой сложные объекты, которые нельзя описать дифференциальными уравнениями первого или второго порядка. Динамические свойства таких объектов описываются дифференциальными уравнениями выше второго порядка. Кроме того, при работе большинства объектов приходится регулировать не один, а несколько технологических параметров. Часто объекты регулирования могут иметь различное число входных и выходных величин. Большинство промышленных автоматических систем регулирования являются системами стабилизации, т. е. основаны на принципе отклонения, поэтому на их работу не влияет число входных воздействий, так как все они компенсируются одним регулирующим воздействием. В тех объектах, в которых регулированию подлежат не одна, а несколько выходных величин, возможно построение автоматических систем регулирования отдельно для каждого из регулируемых параметров. Высокое качество регулирования будет обеспечиваться в случае, если между регулируемыми параметрами объекта отсутствуют внутренние связи. Примером такого объекта может служить аппарат, в котором регулируются уровень жидкости и давление. Если в объекте имеются связи между отдельными регулируемыми параметрами, например, концентрацией раствора и его температурой, количеством вещества и его плотностью, а регуляторы будут управлять отдельно каждым из взаимосвязанных параметров, то такая система приведет к ухудшению качества регулирования. В этих случаях необходимо применять системы связанного регулирования, которые позволяют поддерживать на заданном уровне связанные между собой параметры путем воздействия на один из регулируемых параметров.2.2 Аналоговое регулированиеАналоговым называется такое устройство, у которого все входные, выходные и промежуточные (внутренние) сигналы являются непрерывными, описываются непрерывными математическими функциями. Эти сигналы характеризуются бесконечным множеством значений по уровню (состояниям) и непрерывны во времени, хотя диапазон изменения значений непрерывного сигнала ограничен. Поэтому иногда такие устройства называют устройствами непрерывного действия. Основные виды аналоговых устройств: усилительные устройства (усилители); функциональные преобразователи, выполняющие математические операции с аналоговыми сигналами (например, интегрирование, дифференцирование); измерительные преобразователи и датчики физических величин; модуляторы и демодуляторы, фильтры, смесители и генераторы гармонических колебаний; запоминающие устройства, стабилизаторы напряжений и токов, интегральные микросхемы специального назначения (например, для обработки видеосигналов, компараторы, коммутаторы). Аналоговые устройства имеют ряд недостатков: методологические трудности в определении равенства аналоговых сигналов, обеспечении заданной погрешности преобразований и передачи сигналов; возможность появления неустойчивых режимов работы, которые характеризуются возникновением в устройстве или системе незатухающих колебаний и изменении некоторых сигналов; технические трудности в реализации запоминающих устройств и устройств временной задержки аналоговых сигналов; недостаточный уровень интеграции аналоговых элементов и их универсальности; сравнительно малая дальность передачи аналоговых сигналов, обусловленная рассеянием энергии в линиях связи; сравнительно большое потребление энергии. Недостатком аналоговых устройств является также наличие дрейфа и шумов. Дрейф - это медленное изменение сигнала, обусловленное дискретной природой явлений, по отношению к заданному его значению. Шумы - это случайные изменения сигнала, вызванные внешними или внутренними факторами, например, температурой, давлением, напряжённостью магнитного поля Земли. Однако, средства аналоговой техники имеют множество достоинств. Они характеризуются адекватностью отображения физических процессов и закономерностей, которые описываются непрерывными зависимостями. Это позволяет существенно упрощать принципиальные технические решения аналоговых устройств и систем; обладают оперативностью и простотой изменения режимов работы (часто достаточно изменить сопротивление резистора или ёмкость конденсатора, чтобы неустойчивый режим сменился на устойчивый или обеспечить заданный переходный процесс в устройстве); отсутствием необходимости в преобразовании аналоговых величин в дискретные. 2.3 Цифровое регулированиеДискретными устройствами или устройствами дискретного действия называют такие, у которых входные, выходные и промежуточные сигналы характеризуются счётным множеством значений по уровню и существованием в определённые интервалы времени. Такие сигналы можно отобразить в той или иной позиционной системе исчисления (соответствующими цифрами, например, в десятичной системе исчисления либо в двоичной системе счисления). Двоичное представление сигналов нашло наибольшее применение в технике и в формальной логике при исчислении высказываний и при выводе умозаключений из нескольких посылок. Поэтому дискретные устройства называют логическими (по аналогии с формальной двоичной логикой) или цифровыми, принимая во внимание возможность описания их с помощью чисел позиционной системы исчисления. Цифровые устройства: логические элементы; шифраторы и дешифраторы кодов; запоминающие элементы (триггеры); запоминающие устройства; арифметико-логические устройства; селекторы и генераторы импульсов; счётные устройства (счётчики импульсов); цифровые компараторы, коммутаторы дискретных сигналов; регистры; микросхемы специального назначения. Достоинствами технических средств цифровой техники являются возможность программного управления, что увеличивает гибкость изменения структуры и алгоритма функционирования систем и позволяет упростить реализацию адаптивных законов управления; простота обеспечения заданной надёжности, точности и помехоустойчивости работы систем; простота обеспечения совместимости устройств с устройствами обработки информации в цифровой форме; высокая степень конструктивной и функциональной интеграции, универсальности с возможностью построения систем по типовым проектным решениям (это позволяет сокращать затраты на производство и эксплуатацию систем и устройств); возможность проектирования формальными логическими методами, что позволяет сокращать сроки проектирования устройств и даёт возможность изменения функций устройств (и систем на их основе) методами агрегатного построения в процессе эксплуатации. Недостатки технических средств цифровой техники заключаются в необходимости преобразования аналоговых сигналов в дискретные (эти преобразования сопровождаются появлением погрешности и задержками во времени); относительной сложности изменения режимов работы (для этого необходимо менять структуру системы либо алгоритм её функционирования); сложности процессов анализа функционирования систем, как при проверке правильности их работы, так и при поиске возникающих неисправностей; большой функциональной сложности, что требует специальных диагностических устройств, которые изучаются в специальной области техники, называемой технической диагностикой. В настоящее время при создании цифровых автомати­ческих систем возможно идти по двум направлениям. Первое направление связано с использованием централь­ных управляющих цифровых вычислительных машин, построенных по обычному принципу. Такая машина содержит арифметическое устройство, устройства памяти (долговре­менной и оперативной), управляющее устройство и устрой­ства ввода и вывода информации. В некоторых случаях возможно участие человека (оператора) для контроля и корректировки работы машины. Подобные устройства могут использоваться для управления сложными объектами (самолетами, ракетами, прокатными станами, доменными печами) или группами отдель­ных объектов при комплексной автоматизации в различ­ных отраслях промышленности (металлургической, химической, нефтеперерабатывающей). Второе направление, по которому развиваются в настоя­щее время цифровые автоматические системы, — это исполь­зование отдельных цифровых устройств для обеспечения необходимых вычислительных и логических опе­раций в каждом канале управления одномерной или мно­гомерной системы. Такие цифровые устройства могут строиться на разных принципах, однако общая структура цифровой системы управления сохраняет при этом свой вид и содержит основные элементы: преобразователи непрерывной величины в код и обратно, а также процессор, обеспечивающий необходимые вычис­лительные операции. Использование подобных цифровых устройств позво­ляет во многих случаях упростить систему управления за счет применения простых и надежных модулей и расположить цифровую вычислительную часть в непосред­ственной близости от основных элементов канала управ­ления. Сравнительный анализ перечисленных достоинств и недостатков аналоговых и цифровых устройств даёт вывод в пользу технических средств цифровой техники. Поэтому в настоящее время цифровые устройства широко внедряются, казалось бы, в традиционные области аналоговой техники: телевидение, телефонную связь, в технику звукозаписи, радиотехнику, в системы автоматического управления и регулирования.2.4 Релейное регулированиеРелейные автоматические системы широко применяются в различных областях техники, отличаясь простотой, а в ряде случаев и лучшими динамическими свойствами, чем иные типы систем автоматического управления. Они используются как в стационарных системах управления промышленного назначения, так и в системах управления подвижными объектами. Существенная особенность этих систем – форма выходной величины релейного элемента не зависит существенно от формы его входной величины. В релейных автоматических системах управляющее воздействие изменяется скачком всякий раз, когда управляющий сигнал проходит через некоторые фиксированные значения, называемые пороговыми. В релейных автоматических системах усилитель (релейный элемент) представляет собой контактное или бесконтактное реле: электромагнитное, электронное, пневматическое. Релейные автоматические системы могут обладать исключительно большим быстродействием вследствие того, что управляющее воздействие в них изменяется практически мгновенно и исполнительное устройство всегда подвержено максимальному постоянному воздействию. С другой стороны, такое интенсивное воздействие может явиться причиной возникновения незатухающих колебаний (автоколебаний). Появление автоколебаний во многих случаях нежелательно по той причине, что они могут нарушить заданный закон изменения регулируемой величины. Однако существуют релейные автоматические системы, в которых автоколебания являются основным рабочим режимом. К числу таких систем относятся вибрационные регуляторы. Релейные автоматические системы можно разделить по осо­бенностям режима их работы на две группы. К первой группе относятся системы регулирования типа "от­крыто - закрыто" и вибрационные регуляторы. В этих системах регулирующий орган может занимать конечное число положений или состояний (обычно их два) соответствующих минимальному и максимальному значениям регулирующего воздействия. Вторая группа релейных автоматических систем охватывает системы с постоянной скоростью исполнительного устройства. В этих системах воздействие на регулирующий орган осуще­ствляется с постоянной скоростью или, точнее говоря, со ско­ростью, не зависящей от управляющего сигнала. В отличие от релейных автоматических систем первой группы автоколебания, которые обычно возникают в этих системах при отсутствии внешнего периодического воздействия, нежелательны, и их стремятся устранить, либо уменьшить до достаточно малой величины.3 ВВЕДЕНИЕОдним из самых технологически важных процессов в целлюлозно-бумажном производстве является варка целлюлозы. Целью варки при производстве целлюлозы является удаление из древесины лигнина, связывающего волокна с помощью обработки щепы химикатами при повышенной температуре, что позволяет легко разделить щепу на волокна. При этом содержащие целлюлозу волокна необходимо сохранить, насколько это возможно, длинными и прочными. В процессе варки также пытаются удалить из древесины экстрактивные вещества, которые позже могут вызывать пенообразование и образовывать отложения на оборудовании в производственной линии. Задачей варки также является подготовка целлюлозы к дальнейшей переработке. Целлюлозная масса после варки последовательно проходит промывку, сортирование, очистку и, при необходимости, отбелку. От качества проведения варочного процесса зависит качество выпускаемой продукции, её экологическая безопасность и состояние окружающей среды. После варки целлюлоза представляет собой суспензию волокон в отработанном щелоке. В зависимости от используемых реагентов выделяют следующие способы варки: кислые (сульфитный и бисульфитный), щелочные (натронный и сульфатный), нейтральный способ (моносульфитный), ступенчатые и комбинированные. Сульфатная варка целлюлозы может осуществляться периодическим или непрерывным методом. При периодической варке в каждом котле целлюлоза варится от начальной стадии до конечной, в варочном цехе в этом случае обычно устанавливается несколько котлов. При непрерывной варке щепа и химикаты непрерывно загружаются в верхнюю часть котла, полученная целлюлоза непрерывно разгружается из донной части котла, варочный котёл разделяется на зоны, в которых осуществляются различные стадии варки. Периодическая варка целлюлозы широко при­меняется на отечественных и зарубежных предпри­ятиях. Общие преимущества варки целлюлозы в кот­лах периодического действия по сравнению с не­прерывным способом заключаются в простоте кон­струкции и надежности работы оборудования, лег­кости управления технологическим процессом, меньших потерях в выработке продукции при остановах оборудования, более простом переходе с одного вида сырья на другой. Однако, в настоящее время непрерывный метод варки целлюлозы является более предпочтительным, так как позволяет повысить выход целлюлозы с одного метра кубического котла, значительно сократить размеры емкостей для щелоков, щепы и массы, сократить экономические затраты и затраты на энергию, улучшить экологическую обстановку. Именно поэтому в современном производстве целлюлозы все боль­шую роль играют варочные котлы непрерывного действия типа Камюр. Для варочных установок этого класса характерно неуклонное увеличение производительности, повышение качества выраба­тываемой продукции, совершенствование техноло­гии, аппаратурного оформления и систем управле­ния. Старейшей, но наиболее общей конст­рукцией варочных установок Камюр является гид­равлический варочный котел с прямоточным дви­жением щепы и щелока в зонах пропитки и вар­ки, с противоточной горячей диффузионной промывкой и холодной выдувкой массы. В этом котле древесная щепа после предварительного пропаривания в пропарочной камере транспортируется с помощью насосов и ротационного питателя вы­сокого давления в верхнюю часть котла. Сюда же подается варочный щелок — смесь белого щелока с черным. Варочный котел заполнен щепой и щелоком, на­ходится под гидравлическим давлением 1,3 МПа, создаваемым специальными насосами высокого дав­ления. Щепа под действием силы тяжести вместе с варочным щелоком движется сверху вниз и по мере движения последовательно проходит зону про­питки щелочью, зоны предварительного и конеч­ного нагрева до температуры варки, зону сульфат­ной варки, зону вытеснения горячего черного ще­лока, образовавшегося в процессе варки, зону го­рячей диффузионной промывки и зону выгрузки массы из котла. Нагрев щепы осуществляется ще­локами, отбираемыми из котла через специальные сита в подогреватели и возвращаемыми обратно в котел циркуляционными насосами. Промывной щелок подается в нижнюю часть котла, нагревается в подогревателе и движется навстречу опускающейся массе до зоны отбора щелока в испарительные циклоны. Горячая диффузионная промывка весьма эффек­тивна и позво­ляет сократить промывное оборудование в отделе сортирования и промывки массы. Однако наличие зоны горячей диффузионной промывки существен­но увеличивает (до 70 м) высоту гидравличес­кого варочного котла. В связи с этим на смену традиционным варочным котлам в конце были разработаны усовер­шенствованные варочные установки — гидравли­ческие котлы с двумя сосудами, которые объеди­няют преимущества непрямого нагрева щепы щелоком и увеличивают продолжительность стадий пропитки и варки в отдельных сосудах. Основное отличие этого варочного кот­ла от обычного гидравлического состоит в том, что стадия пропитки щепы щелоком осуществляется в отдельной колонне под высоким гидравлическим давлением. За счет более интенсивной пропитки щепы в выносной пропиточной колонне и увеличения времени варки в самом варочном котле по сравнению с обычным гидравлическим котлом, в котором и пропитка и варка осуществляются в одном сосуде, удалось решить проблему дальней­шего увеличения производительности без заметного увеличения вы­соты котла. Параллельно с разработкой нового обо­рудования варочных котлов идет и совершенствование технологий непрерывной варки. Наиболее интересными особенностями этих техно­логий являются минимизация концентрации растворенных органических веществ в варочном щелоке на ста­дии основной делигнификации и в конце варки, поддержание как можно более равномерного профиля концентрации эффективной щелочи по высоте варочного котла и проведение варочного процесса при макси­мально возможном времени варки и минимально возможной температуре. Использование указанных технологий по срав­нению с технологией обычной прямоточной варки способствует повышению селективности варочного процесса, соответствующему снижению степени де­лигнификации целлюлозы и повышению ее выхода. В результате вырабатывается целлюлоза с большей сохранностью углеводов и лучшей способностью к отбелке кислородом и озоном, что позволяет исключить из схем отбелки целлюлозы молекулярный хлор, яв­ляющийся основным источником загрязнения при­роды. Варочные котлы Камюр — это сложнейшие мно­госвязные объекты управления, нормальное функ­ционирование которых возможно лишь при поддержании основных параметров процесса варки целлюлозы в достаточно узких пределах. При экс­плуатации и в процессе управления возникает мно­жество различных проблем, обусловленных особен­ностями технологии и аппаратурного оформления. Процесс непрерывной сульфатной варки целлюло­зы протекает в движущейся среде щепы и варочно­го щелока. Поступающая в котел щепа насыщает­ся щелоком, и ее плотность становится выше плот­ности окружающего щелока, образуя в соответствии с формой котла вер­тикальный столб пористой структуры с определен­ными физическими свойствами. Этот столб древес­ного материала движется сверху вниз по котлу подобно поршню в потоке жидкости. Под действием силы тя­жести и увеличения давления выше расположенных слоев щепы происходят сжатие и уплотнение столба щепы в нижней его части. В результате уплотнения древесного материала изменяется и скорость его дви­жения по высоте котла. Скорость верхней части стол­ба щепы существенно отличается от его нижней час­ти и примерно в два раза больше ее. Кроме того, на ситах нагревательных циркуляций и отбора щелока в испарительные циклоны, где основная масса жидкой фазы движется в радиальном на­правлении — от центра котла к периферии, столб щепы испытывает значительную силу трения, ко­торая зависит от состояния поверхности сит, плот­ности слоев щепы в этих участках котла, расхода щелока в циркуляциях. При забивании сит дре­весной мелочью возрастает сопротивление движе­нию столба щепы. При этом скорость его движения может снизиться до нуля. Все эти факторы создают большие трудности для под­держания устойчивой гидродинамики котла при нарушениях материального баланса между поступ­лением щепы в котел и выдувкой массы. К процес­су движения щепы предъявляются следующие ос­новные требования: движение должно быть устойчивым во всех точках котла и максимально стационарным; уровень щепы в котле должен находиться в нормальных пределах показаний датчиков уровня щепы, так как чрезмерное повышение уровня перегружает загрузочные устройства котла, а пониже­ние может привести к нарушению движения щепы; не допускается большая плотность массы вни­зу котла, так как при этом перегружается разгру­зочное устройство. Сложный многоступенчатый процесс непрерыв­ной варки целлюлозы подвержен действию некон­тролируемых возмущений со стороны изменений показателей качества используемой щепы и соста­ва варочного щелока, стабильное со