В установках периодического и непрерывного действия

Расчет индукторов для сквозного нагрева

Выбор основных параметров индуктора. Выбор основных раз­меров рассмотрим на примере цилиндрических индукторов. Такие индукторы характеризуются внутренним диаметром D i, длиной а и числом витков обмотки w, а также толщиной теплоизоляции (футеровки) и теплопроводностью ее слоев. Внутренний диаметр тепловой изоляции D _из определяется максимальным диаметром нагреваемых заготовок D и зазором h., зависящим от размера и качества заготовок, а также от принятого способа транспорти­ровки. Толщина тепловой изоляции выбирается из условия полу­чения максимального полного КПД индуктора. С увеличением толщины изоляции уменьшаются тепловые потери, однако одновременно падают электрический КПД и коэффициент мощности индуктора. Опти­мальная толщина изоляции тем больше, чем выше температура и теплопроводность материала футеровки, а также чем меньше удельная мощность, передаваемая в заготовку. Размеры уточ­няются с учетом принятой технологии изготовления футеровки. Из условия механической прочности толщина теплоизоляционных гильз или слоя бетона должна быть не менее 10 мм.

Полный КПД индуктора равен произведению электрического и термического КПД.

Термический КПД зависит от отношения тепловых потерь к полной мощности, передаваемой в загрузку:

Тепловые потери определяются температурой T о поверхности заготовки и тепловым сопротивлением воздушного зазора и самой теплоизоляции. При Т о>800 °С и правильно выбранной теплоизоляции тепловое сопротивление зазора можно не учиты­вать. Тогда для двухслойной цилиндрической теплоизоляции с толщинами d_Ф1 и d_Ф2 получаем потери на 1 м длины индуктора, выраженные в ваттах:

В наиболее распространенном случае нагрева стальных заго­товок среднего диаметра (D₂ =25—150 мм) до температуры 1250 °С полный КПД близок к максимальному при диаметре ин­дуктора D₁ = (1,4—2,0) D ₂, причем, меньший предел относится к заготовкам большего диаметра. При T =1300 град. и однослойной теплоизоляции из бетона или шамота тепловые потери на 1м длины будут

Чтобы определить полные тепловые потери с поверхности за­готовок, надо к добавить мощность, передаваемую в водоохлаждаемые направляющие, и потери на излучение и конвекцию при прохождении открытых участков, лишенных теплоизоля­ции (для секционированных индукторов). Длина индуктора перио­дического нагревателя определяется из условия возможно более равномерного нагрева заготовки по длине .

Величина зависит от степени поверхностного эффекта и температуры заготовки, определяющей тепловые по­тери с торца. При нагреве стальных заготовок до 1250 °С справед­ливо соотношение (0,5—0,8) D ₁. Если T _о<750 °С и заго­товка ферромагнитна, то ее концы недогреваются даже при значи­тельных и выравнивание нагрева по длине за счет изменения малоэффективно. При нагреве слитков из меди и алюминия поверх­ностный эффект обычно сильно выражен и 5—8см во всем диапазоне диаметров (D₂ =70—450 мм).

Длина индуктора нагревателя полунепрерывного действия

a₁ == па₁ + 2,

(12-4)

где п — число одновременно нагреваемых заготовок.

Для непрерывного нагревателя получаем аналогично а₁ == vt_k, где v — скорость движения загрузки, а t_k — требуемое время на­грева элемента тела до конечной температуры.

Число витков индуктора определяется из электрического рас­чета по заданному напряжению U _и и требуемой мощ­ности индуктора. Шаг намотки провода равен . Минимальный шаг ограничивается размером канала для протека-ния охлаждающей воды, который не должен быть уже 5 мм. Если требуемое число витков не укладывается на заданной длине, сле­дует понизить U_и, поставив автотрансформатор. На промышлен­ной частоте можно расположить витки в два-три слоя, выбрав соответствующим образом сечение провода. При сред­них частотах использовать многослойные обмотки не рекомендуется из-за возрастания потерь в них.

В индукторах для ускоренного нагрева напряженность поля на начальном участке должна быть в несколько раз большей, чем на последующих. Это достигается изменением ширины провода и шага намотки или при секционированном индукторе выбором соответст­вующей схемы включения секций.

Частота для сквозного нагрева выбирается из противоречивых требований малого времени нагрева и высокого электрического КПД индуктора с учетом имеющихся типов источников питания и их КПД.

Электрический режим работы нагревателей обычно характери­зуется постоянством напряжения на индукторе или на входе питаю­щего фидера, что обеспечивает повторяемость процесса. В отдель­ных случаях используются регуляторы, поддерживающие постоян­ной потребляемую мощность, или различные параметрические схемы, обеспечивающие режим примерно постоянного тока.

Нагреватели периодического действия. Как указывалось выше, мощность, подводимая к индуктору, в течение цикла нагрева меняется вследствие изменения удельного сопротивления и магнитной проницаемости заготовок.

Рис.20.2. Изменение мощности при периодическом нагреве заготовок

Характерная зависимость потребляемой заготовкой мощно­сти от времени при U_и =const приведена на рис.20.2. Большая часть времени нагрева (около 0,7 t_к ) приходится на горячий режим (x_к >), когда параметры индуктора и потребляемая им мощность практически постоянны. На основании анализа расчетных и экспериментальных данных можно считать, что мощность P_2г в конце нагрева стальной заго­товки до температуры 1200—1300°С при условии приблизительно постоянного напряжения на индукторе связана со средней мощ­ностью соотношением

.

Средняя за время нагрева мощность

где P_T - средняя полезная мощность; — мощность тепловых потерь; коэффициент 1,05 учитывает потери в направляющих.

Рассчитав индуктор на мощность — только в заключительной стадии горячего режима, мы обеспечим весь нормальный цикл нагрева и требуемую среднюю мощность .

Дата добавления: 2014-01-04