WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 12 |

10. Режим с приблизительной постоянной температурой поверхности может быть осуществлён, если выполнить индуктор с переменным шагом витков, увеличивающимся к его разгрузочному концу.

11. При поверхностной закалке с нагревом глубинного типа изменение параметров r, z, x значительно меньше, чем при сквозном нагреве поверхностного типа, когда прогревается слой, превосходящий горячую глубину проникновения тока. Поэтому даже при отсутствии стабилизации напряжения изменение мощности оказывается довольно незначительным и обычно не превышает 30% от максимальной величины, что даёт основание при расчётах принимать удельную мощность постоянной и равной некоторой средней величине.

12. Чаще всего, в особенности при частотах звукового диапазона, применяется стабилизация напряжения источника питания, которая приводит к приблизительному постоянству напряжения на зажимах индуктора. Если зазор между индуктором и нагревательным элементом велик и превышает глубину проникновения тока в конце нагрева в несколько раз, то полное электрическое сопротивление индуктора и ток в индукторе можно считать постоянными. Если зазор мал, то в процессе нагрева полное электрическое сопротивление индуктора растёт, а ток в нём падает.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ИНДУКТОРОВ СКВОЗНОГО НАГРЕВА СПЛОШНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЗАГОТОВОК.

2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ИНДУКТОРА КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ.

При сквозном нагреве под пластическую деформацию все сечение должно быть прогрето до температуры 900-1250 С; в связи с чем в конечной стадии нагрева весь металл становится немагнитным. По условиям равномерности и быстроты нагрева, частоту приходится выбирать таким образом, чтобы «горячая» глубина проникновения тока К была сравнительно близка к радиусу нагреваемого цилиндра. Поэтому при сквозном нагреве поверхностный эффект нельзя считать ярко выраженным, а электромагнитную волну плоской, как это делается при рассмотрении поверхностной закалки и начальной стадии нагрева[3].

В настоящем разделе рассмотрены электромагнитные процессы в системе индуктор-цилиндр с постоянными по всему сечению магнитной проницаемостью и удельным сопротивлением. Такое допущение с достаточной точностью позволяет получить основные количественные характеристики системы при глубине прогрева хК большей, чем «горячая» глубина проникновения К, а также при нагреве немагнитных материалов.

Важность рассмотрения последней стадии сквозного нагрева определяется ее длительностью, составляющей около 70% общего времени нагрева, а также тем, что в этой стадии КПД индуктора имеет наибольшее значение вследствие потери нагреваемым телом магнитных свойств. Поэтому частота должна выбираться по «горячему» режиму. Основные соотношения получим для отрезка системы бесконечной длины.

Напряжение UИ на зажимах отрезка а бесконечно длинного индуктора (рис.1.3) определяется общими выражениями (1.4), (1.13), (1.14), в которых составляющие напряжения Ur1 и US определяются как и прежде. Необходимо &2m вычислить составляющую напряжения U, которая уравновешивает ЭДС, наведенную в индукторе магнитным потоком Ф2m, проходящим внутри нагреваемого цилиндра:

&2M & U = IИ (r2 + j x1 ), (2.1) 2М W 2 m2 A 1 где r2 = ;

a W2 2 m2 B x1 = ;

2М a 2 R m2 = - относительная координата;

А, В – расчетные коэффициенты.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com При m2>6 A B. Тогда формула (2.1) переходит в формулу (1.11), mесли принять W=1.

В табл.2.1 даны приближенные формулы для вычисления А и В.

Таблица 2.Приближенные значения коэффициентов A и B m2 A B Ошибка, % mm2<1 1 < 1 1 2 - m2>3 < 2m m m 2 2 m2>6

rЭ = r1 + r2 ; (2.2) x = xS1 + x1 (2.3) Э где r1 – активное сопротивление провода индуктора конечной длины;

r`2, x`2 – активное и реактивное сопротивления вторичной цепи, приведенные к току индуктора конечной длины;

rЭ, xЭ – эквивалентные активное и реактивное сопротивления индуктора конечной длины.

а) б) Рис.2.1. Схемы замещения индуктора конечной длины Полное приведенное сопротивление тела конечной длины:

& Е2 j x0 [r2 + j (xS 2 + x2М )] 1 Z2 = = = r2 + jx2 ;

I& r2 + j (xS 2 + x2M + x0) И Откуда получим m1 2 r2 = c r2 = c W 2 A ;

a PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com (xS2 + x ) + r2M x1 = c + x + ; (2.4) xS2 2M x где с = - коэффициент приведения активного 2 r2 xS2 + x 2M + 1 + x x 0 сопротивления;

D2 2 2 m2 B mB 2 x = W = 2 B = r2 ;

2M a A a 2 (2.5) x2M – внутреннее реактивное сопротивление заготовки, приведенное к току цилиндра;

xS1, xS2 – первичное и вторичное реактивные сопротивления рассеяния.

В формулах (2.4) xS2= xS.

Sh xS2 = xS = µ0 W - реактивное сопротивление рассеяния, a рассчитанное для картины равномерного поля;

где Sh – площадь поперечного сечения воздушного зазора;

а2 – длина заготовки;

W – число витков;

– угловая частота.

K1 ax0 = x10 - реактивное сопротивление, которое определяет a1 - K1 a составляющую намагничивающей силы, необходимую для преодоления магнитным потоком пространства вне индуктора;

µ0 S x10 = - реактивное сопротивление отрезка а1 пустого aиндуктора бесконечной длины;



DS1 = - площадь окна цилиндрического индуктора;

К1 < 1 – поправочный коэффициент, определяется по графику, изображенному на рис.2.2.

Рис.2.2. Поправочный коэффициент для вычисления индуктивности соленоида с круглым поперечным сечением. Для кривой 2 числа на оси абсцисс множатся на 10-1.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2.2. ВЫБОР ЧАСТОТЫ.

Выбор частоты при сквозном нагреве определяют два основных фактора:

1. Электрический КПД индуктора, который не должен сильно отличаться от предельного.

2. Время нагрева, которое должно быть минимальным[3].

Наибольшая глубина проникновения тока соответствует прогреву сечения стального цилиндра выше точки магнитных превращений, поэтому целесообразно при выборе частоты принимать = 1 и 2 = 10-6 Ом м, что примерно соответствует температуре 800 … 850 С. Тогда можно считать и постоянными по всему сечению.

В этом случае предельный электрический КПД индуктора:

ЭЛ.пред = ; (2.6) D1 1+ D2 µЭтой формуле соответствуют значения m2>6 и 1. Удельное m2 A сопротивление меди можно принять 1 = 2 10-8 Ом м.

Зависимость КПД индуктора от m2 для случая нагрева стального цилиндра при различных соотношениях диаметров D1 и D2 выражается aформулой ( < 10 и а1 > а2):

DЭЛ =. (2.7) D1 a 1 1+ с D2 a1 µ 2 m2 A Считая, что кпд индуктора должен составлять около 0,9 его предельного Dзначения, и принимая в качестве среднего значения = 2 (обычно DD= 1,5...2,5 ), получено соотношение: m2 2,5.

DНижний предел частоты определяется соотношением:

3106 f. (2.8) µ DДля 2 = 10-6Ом м и = 1 имеем:

f. (2.9) DPDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com DФормулой (2.8) можно пользоваться только при < 0,1. При a D1 D< 1,4...1,6, она может применяться при < 0,2.

D2 a DДля > 0,1 выражение для наименьшей допустимой частоты имеет вид:

a Ff, (2.10) D D1 D1 a1 1 D2 D1 a1 где F0 = f1,,, = f2,,,.

a1 D2 a µ 2 a D2 a µ 2 2 DДля а1 = а2, = 2...2,5, = 1 и 2 = 10-6Ом м в таблице 2.Dприведены значения функции F0 для случая нагрева стального цилиндра.

Таблица 2.D0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2,a м 3 5,6 8,3 11,3 15,3 19 F0, с Эти данные могут быть использованы для приближенного определения минимальной частоты при нагреве любых немагнитных материалов. В этом случае в формулу (2.10) вместо F0 следует подставлять коэффициент:

F = F0 2 106, (2.11) где 2 – удельное сопротивление нагреваемого материала.

Если 2 < 10-6Ом м, то ЭЛ < 0,9 ЭЛ.пред.. Например, при нагреве медного цилиндра ЭЛ = 0,8 ЭЛ.пред..

Верхний предел частоты, обеспечивающий наибольшую глубину активного слоя, а следовательно, и наименьшее время нагрева при заданных температурах поверхности и оси цилиндра определяется из соотношения:

6106 f <. (2.12) µ DВ слое толщиной выделяется 86,5 % всей энергии, поступающей в цилиндр.

При резком проявлении поверхностного эффекта = 2, а при низких частотах < 2, причем формально глубина проникновения тока 2 может быть больше радиуса или диаметра цилиндра.

Применительно к нагреву стальных цилиндрических заготовок до температуры выше 750 С получим:

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com f <, (2.13) DНеравенства (2.9) и.(2.13) можно объединить в одно:

3 < f <, (2.14) D2 D2 Это неравенство и определяет полосу оптимальных частот при нагреве длинных цилиндров.

Однако в практике в качестве нижнего предела следует пользоваться неравенством (2.10). Верхний предел частоты в формуле (2.14) имеет смысл Dтолько при < 0,2. Для более коротких цилиндров частота ограничивается aлишь снизу.

Активное и реактивное сопротивления провода индуктора:

r1 = r1П · kr ; x1M = r1П · kх, Dгде r1П = 1 W - сопротивление проводника толщиной db dпостоянному току;

kr – коэффициент увеличения активного сопротивления;

kх – коэффициент изменения внутреннего реактивного сопротивления;

Значения kr и kх можно найти по графику, приведенному на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Значения коэффициента увеличения активного сопротивления и коэффициента изменения внутреннего реактивного сопротивления Здесь D1– расчетный диаметр индуктора:

D1 D1+1 при d1 1, D1 D1+d1 при d1 < 1, D1 – внутренний диаметр индуктора;

d1 – толщина индуктирующего провода;

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com b – ширина витка.

2.3. ВЫБОР ДЛИНЫ И ЧИСЛА ВИТКОВ ИНДУКТОРА Опытным путем установлено, что равномерный нагрев заготовок по всей длине может быть обеспечен, если длина индуктора выбрана из соотношения[3]:

a1 = a2 + (1…1,5)·D1. (2.15) Если в индукторе одновременно находится несколько заготовок, то:

a = n a1, (2.16) 2 где а2 – общая длина заготовок;

a1 – длина одной заготовки;

n – число заготовок, одновременно нагреваемых в индукторе.

Обычно, в случае нагревателя периодического действия, в индуктор загружается одна заготовка. Если при заданной производительности промежуток времени между выходами заготовок из индуктора (темп выдачи заготовок) должен составлять t0, а время нагрева, определенное расчетом, равняется tК, то при t0 < tК следует установить N индукторов:

t K N =. (2.17) t В нагревателях методического действия число одновременно нагреваемых заготовок находится по формуле:





t K n =. (2.18) t Число витков индуктора W определяется напряжением генератора и потребляемой мощностью. Чем больше мощность, тем меньше число витков при том же напряжении.

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ДИАМЕТРА ИНДУКТОРА.

Опыт и расчет показывают, что наибольший кпд индуктора Dдостигается при = 1,4...1,8, если в качестве изоляции применяют шамот Dили жаростойкий бетон[3]. Максимум полного кпд выражен слабо, и он остается почти неизменным при D= 1,2...2,0. (2.19) DВ реальных условиях внутренний диаметр D3 теплоизолирующего цилиндра выбирается больше диаметра заготовки PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com D3 = (1,1...1,2) D2, (2.20) D3 - D2 > 1 см.

Мощность тепловых потерь через стенку изолирующего цилиндра в стационарном режиме:

2 аРТ = (T0 - T), (2.21) Dln Dгде - коэффициент теплопроводности материала тепловой изоляции. Для Вт шамота и бетона = 1,12...1,2 ;

м град Т0 – температура внутренней стороны теплоизолирующего цилиндра;

Т – температура внешней стороны теплоизолирующего цилиндра.

Будем считать, что температура внутренней стороны теплоизолирующего цилиндра равна конечной температуре заготовки, а температура его наружной стороны приблизительно равна температуре индуктирующего провода, который прилегает к изолирующему цилиндру.

Тогда имеем Т0 1300 С, Т 60 С;

3,74аРТ =, [кВт].

Dlg D2.5. РАСЧЕТ ОХЛАЖДЕНИЯ ИНДУКТОРА.

2.5.1. Полное количество тепла, нагревающего индуктор:

P = PT ( -1), И где и – полный КПД индуктора;

РТ – полезная мощность в заготовке.

2.5.1. Количество охлаждающей воды:

0,24Р мQ = ;

Т - Т1 с где Т2 = 50 С – температура воды на выходе индуктора;

Т1 = 20 С – температура воды на входе в индуктор.

2.5.3. Скорость воды:

Q м v = ;, S с где S – площадь отверстия трубки, м2;

м = 1…1,25.

с PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2.5.4. Проверка на турбулентность.

Наилучшее охлаждение достигается при турбулентном движении воды.

DТурбулентное движение возникает, если Re = > 2300, ` где Re – критерий Рейнольдса;

1 –кинематическая вязкость воды;

4 S D0 = - гидравлический эквивалент диаметра;

F F – внутренний периметр трубки, участвующей в теплообмене, м.

Если трубка цилиндрическая, то D=D0, где D –внутренний диаметр трубки.

Кинематическая вязкость 1 зависит от температуры. Определяется при средней температуре.

Т С20 40 60 80 м1·106 1,01 0,661 0,482 0,368 0,с Если Re < 2300, следует увеличить внутренне сечение трубки или скорость движения воды.

В последнем случае возможно придется делать несколько подводов воды с тем, чтобы уменьшить гидравлическое сопротивление и понизить давление.

2.5.5. Перепад давления по длине трубки:

4,9102 1 2 l Н р ;, Dм0, k где 1 = 10-2 - коэффициент сопротивления при шероховатости D первого рода;

k = 1,5…5 м – коэффициент шероховатости первого рода;

l = Dср W м – длина трубки индуктора.

2.5.6. Число ветвей охлаждения индуктора:

P n = 3.

PИ РИ задается. При питании индуктора от городского водопровода Н PИ 2105.

м Необходимо проверить, удовлетворяются ли условия турбулентного v течения воды при скорости vИ =, и, если нужно, увеличить последнюю.

n При этом снова находится перепад давления и число ветвей охлаждения.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com ВЫВОДЫ ПО ВТОРОМУ РАЗДЕЛУ 1. Короткий индуктор может быть уподоблен «трансформатору» с большим рассеянием и относительно большим током холостого хода.

Нагреваемый объект является одновременно и нагрузкой «трансформатора» и частью его магнитной системы. Полная схема замещения индуктора подобна схеме замещения трансформатора.

2. Приведенная в настоящем разделе электрическая схема замещения индуктора позволяет производить расчет индуктора конечной длины.

Переход от параметров индуктора бесконечной длины к параметрам индуктора конечной длины осуществляется путем умножения первых на коэффициент приведения с.

3. Выбор частоты при сквозном нагреве определяют два основных фактора: электрический кпд индуктора, который должен составлять около 0,его предельного значения, и время нагрева, которое должно быть минимальным. Полосу оптимальных частот при нагреве длинных цилиндров 3 определяют по формуле: < f <. Верхний предел частоты имеет смысл D2 D2 Dтолько при < 0,2. Для более коротких цилиндров частота ограничивается a лишь снизу.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com D4. Наибольший полный КПД индуктора достигается при = 1,4...1,8, Dесли в качестве теплоизоляции применяют шамот или жаростойкий бетон.

5. Методика расчета, приведенная в настоящем разделе, основана на применении средних за время нагрева значений удельного сопротивления заготовки и полной средней мощности, передаваемой в заготовку.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 3. РАСЧЕТ ИНДУКТОРОВ ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЕЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ 3.1. Изменение потребляемой мощности в процессе нагрева и этапы нагрева В индукторе нагревателя периодического действия заготовки нагреваются по одной от исходной температуры до заданной. По мере увеличения температуры заготовки меняется удельное сопротивление ее материала, причем у большинства металлов и сплавов оно возрастает.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 12 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.