Меню Рубрики

Установки индукционного нагрева учебное пособие

Установки индукционного нагрева учебное пособие

В книге излагаются физические основы индукционного нагрева и методы расчета индукторов для поверхностного и сквозного нагрева. Расчет индукторов иллюстрирован конкретными примерами. Приводятся также принципы конструирования индукторов и описание наиболее характерных конструкций.
Книга предназначена для работников научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и заводов как изготавливающих, так и эксплуатирующих электротермическое оборудование, а также для студентов высших учебных заведений.

Размер: 5,49 Мб
Формат: djvu
Скачать книгу с yadi.sk
Не работает ссылка? Напишите об этом в комментарии.

Предисловие.
Глава первая. Физические основы метода индукционного нагрева.

1-1. Составные части установки и способы нагрева.
1-2. Закон электромагнитной индукции.
1-3. Поверхностный эффект.
1-4. Эффект близости.
1-5. Изменение свойств стали в процессе нагрева.
1-6. Кольцевой эффект.
1-7. Распределение плотности тока в индуктирующем проводе и нагреваемой детали.
1-8. Приближенный расчет электромагнитных процессов в системах с конечным поперечным сечением.

Глава вторая. Тепловой расчет режима нагрева.
2-1. Основные режимы нагрева.
2-2. Нагрев при постоянной температуре поверхности.
2-3. Нагрев при постоянной удельной мощности.
2-4. Примеры тепловых расчетов.
2-5. Приближенное определение времени нагрева и удельной мощности при сквозном нагреве цилиндрических заготовок.
2-6. Приближенное определение времени нагрева и удельной мощности при сквозном нагреве заготовок прямоугольного сечения.

Глава третья. Общие основы расчета индукторов для нагрева ферромагнитных объектов.
3-1. Постановка задачи.
3-2. Зависимость напряженности магнитного поля и плотности тока от координаты.
3-3. Электрическое и магнитное сопротивления участка ферромагнитной среды.
3-4. Определение магнитной проницаемости по заданной удельной мощности.
3-5. Эффективная глубина проникновения тока и глубина проникновения волны.

Глава четвертая. Общие основы расчета индукторов для нагрева частично ферромагнитных объектов.
4-1. Постановка задачи.
4-2. Распределение плотности тока по сечению нагреваемого предмета.
4-3. Электрическое и магнитное сопротивления нагреваемого металла.
4-4. Определение магнитной проницаемости по заданному режиму нагрева.
4-5. Эффективная глубина проникновения тока в двухслойную среду.

Глава пятая. Расчет индуктора для поверхностного нагрева цилиндрических деталей.

5-1. Определение ширины нагреваемой полосы.
5-2. Напряжение на зажимах длинного индуктора.
5-3. Схемы замещения короткого индуктора.
5-4. Активное и внутреннее реактивное сопротивления провода индуктора.
5-5. Расчет подводящих шин.
5-6. Расчет индуктора.

Глава шестая. Конструирование индукторов для поверхностного нагрева.
6-1. Конструирование основных элементов индукторов.
6-2. Охлаждение индуктора.

Глава седьмая. Расчет индукторов для закалки плоских и внутренних цилиндрических поверхностей.
7-1. Особенности нагрева плоских и внутренних цилиндрических поверхностей.
7-2. Применение магнитопроводов из ферромагнитных материалов
7-3. Расчетная ширина активного слоя.
7-4. Расчет собственных активного и реактивного сопротивлений индуктора.
7-5. Расчетные параметры индуктора.
7-6. Расчет подводящих шин.
7-7. Расчет плоского индуктора.
7-8. Виды индукторов для закалки внутренних поверхностей.

Глава восьмая. Типовые конструкции индукторов для поверхностного нагрева внешних и внутренних цилиндрических поверхностей и плоских поверхностей.
8-1. Неразъемные индукторы.
8-2. Разъемные индукторы.
8-3. Индукторы для нагрева плоских поверхностей.
8-4. Индукторы для нагрева внутренних цилиндрических поверхностей.
8-5. Петлевые и стержневые индукторы.

Глава девятая. Выбор частоты при поверхностной закалке и индукторы для закалки тел сложной формы.
9-1. Выбор частоты при закалке предметов цилиндрической и плоской формы.
9-2. Закалка тел сложной формы.
9-3. Приближенный расчет индукторов для закалки деталей сложной формы.
9-4. Индукторы для закалки тел вращения сложной формы.

Глава десятая. Индукторы специальных типов.
10-1. Основные типы специальных индукторов.
10-2. Индукторы для нагрева под сварку и под пайку.
10-3. Индукторы для нагрева тонкостенных изделий.
10-4. Индукторы для закалки зубьев шестерен.
10-5. Индукторы с электромагнитными экранами.
10-6. Индукторы-трансформаторы.

Глава одиннадцатая. Основы расчета индукторов для сквозного нагрева сплошных цилиндрических заготовок.
11-1. Основные соотношения.
11-2. Напряжение на индукторе.
11-3. Электрический к. п. д. индуктора.
11-4. Выбор частоты.
11-5. Выбор длины и числа витков индуктора.
11-6. Определение внутреннего диаметра индуктора. Полный к. п. д. индуктора.
11-7. Расчет охлаждения индуктора.
11-8. Расчет индуктора.
11-9. Нагрев пучка цилиндров.

Глава двенадцатая. Основы расчета индукторов для нагрева заготовок прямоугольного сечения.
12-1. Основные соотношения.
12-2. Напряжение на индукторе.
12-3. Электрический к. п. д. индуктора.
12-4. Выбор частоты.
12-5. Выбор размеров и числа витков индуктора.
12-6. Расчет индуктора.
12-7. Нагрев пакета пластин.

Читайте также:  Установка вебасто в тагиле

Глава тринадцатая. Расчет индукторов для нагревателей периодического действия.
13-1. Изменение потребляемой мощности в процессе нагрева и этапы нагрева.
13-2. Расчет индуктора на постоянное напряжение по этапам нагрева.
13-3. Расчет индуктора.
13-4. Приближенный расчет индуктора для нагрева заготовок переменного сечения.

Глава четырнадцатая. Расчет индукторов с постоянным шагом витков для нагревателей методического действия.
14-1. Особенности расчета индуктора.
14-2. Распределение удельной мощности по участкам индуктора
14-3. Расчет индуктора.
14-4. Расчет овального индуктора для непрерывно-последовательного нагрева тонкой ленты.
14-5. Расчет овального индуктора для нагрева цилиндрических заготовок.

Глава пятнадцатая. Приближенный расчет индукторов с переменным шагом витков для нагревателей методического действия (ускоренный нагрев).
15-1. Время нагрева, средняя мощность в заготовках и основные размеры индуктора.
15-2. Разделение индуктора на участки и распределение удельной мощности вдоль столба заготовок.
15-3. Электрический расчет индуктора.
15-4. Расчет индуктора.

Глава шестнадцатая. Расчет индукторов для нагрева полых цилиндров.
16-1. Основные соотношения.
16-2. Напряжение на индукторе.
16-3. Электрический к. п. д. индуктора.
16-4. Выбор частоты.
16-5. Время нагрева и средняя мощность.
16-6. Расчет индуктора.

Глава семнадцатая. Индукторы для нагрева кузнечных заготовок и проката.

17-1. Выбор способа нагрева и типа индуктора.
17-2. Индукторы для нагрева мерных заготовок и прутков.
17-3. Индукторы для нагрева концов заготовок.

Приложение I.
Приложение II.
Приложение III.
Список литературы.

источник

Курсовая работа: Расчет индуктора и выбор индукционной установки для термообработки заготовок цилиндрической формы

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

по дисциплине «Электротехнология»

на тему: «Расчет индуктора и выбор индукционной установки для термообработки заготовок цилиндрической формы»

Студент 4-го курса 20ЭПТ группы

Задание на выполнение курсового проекта по дисциплине “Электротехнология”

Студент Казаков В.В., группа 20 эпт, шифр 074276

Тема проекта: Расчёт индуктора и выбор индукционной установки для термообработки заготовок цилиндрической формы

Форма и характеристика заготовки

Длина

Радиус ,м

Теплоперепад

В данном курсовом проекте осуществлен выбор закалочной индукционной установки.

Работа состоит из расчетно-пояснительной записки на 21 странице машинописного текста, содержащей 1 таблицу и 1 рисунок. Графическая часть выполнена на двух листах формата A3 и включает в себя принципиальную электрическую схему индукционной установки и нагревательного индуктора.

В работе выполнены расчеты по выбору частоты нагревательной индукционной установки, определению мощности и размеров индуктора, электрический расчет индуктора. Производилось проектирование и выбор индукционной установки.

Ключевые слова: индукционная установка, нагревательный индуктор, частота тока, индуктирующий провод, машинный генератор.

Курсовой проект оформлен в соответствие со стандартом предприятия СТБ БГАТУ 01.12. — 06 2007 г.

В проекте использовано семь источников информации

Введение

Индукционный нагрев основан на поглощении электромагнитной энергии металлическими телами, помещенными в быстроперемеиное магнитное поле. По закону электромагнитной индукции в теле (заготовке, изделии) наводится ЭДС под действием которой в теле протекают так называемые вихревые токи, нагревающие тело.

Основные элементы установок индукционного нагрева — это источник питания и рабочий орган (индуктор). В установках средней частоты в качестве источников питания используют машинные и статические (тиристорные) преобразователи.

Установки индукционного нагрева распространены на ремонтных предприятиях Белагропрома. В ремонтном производстве токи средней и высокой частоты применяются для сквозного и поверхностного нагрева деталей из чугуна и стали под закалку, перед горячей деформацией (ковкой, штамповкой), при восстановлении деталей методами наплавки и высокочастотной металлизации, при пайке твердыми припоями и др. Особое место занимает поверхностная закалка деталей. Возможность концентрации мощности в заданном месте детали позволяет получать сочетание наружного закаленного слоя с пластичностью глубинных слоев, что значительно повышает износостойкость и устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам. Низкочастотный (50 Гц) индукционный нагрев находит применение в электрических водонагревателях.

1. Выбор частоты

Диапазон частот при закалке углеродистых сталей:

(1.1)

По расчетной величине выбираем ближайшую большую, на которую выпускают высокочастотные преобразователи (табл.12.3,12.9, 12.10 [1]).

Условием правильного выбора частоты при нагреве различных материалов является:

(1.2)

где — диаметр заготовки, м;

— глубина проникновения тока в металл, м.

(1.3)

где — относительная магнитная проницаемость металла. Для стали в расчетах принять = 1;

— удельное сопротивление стальной заготовки (при=1025 составляет (табл.2.3).

.

— условие выполняется.

2. Определение мощности и размеров индуктора

Средняя полезная мощность (Вт) за время нагрева заготовки определяется по формуле:

, (2.1)

где — масса заготовки, кг;

С=668 Дж/ (кг°С) — средняя удельная теплоемкость углеродистых сталей; — начальная и конечная температура нагрева, °С; — время нагрева до конечной температуры при нормируемом теплоперепаде, с; = 7860 кг/ — средняя (за время нагрева) плотность стали; -объем заготовки,

кг.

Время нагрева при теплоперепаде t между поверхностью и центром заготовки:

t = 100°С, , (2.2)

где расчетный диаметр заготовки, м.

Глубина проникновения тока в заготовку в конце нагрева (м) для углеродистых сталей:

(2.3)

м

= м.

с.

Вт.

Удельная полезная мощность на поверхности заготовки, Вт/:

(2.4)

где S — площадь поверхности заготовки без учета торцов, .

Вт

Воздушный зазор между индуктором и нагреваемой заготовкой h принимаем в пределах 2-5 мм при меньше 50мм. Увеличение зазора снижает КПД и cos индуктора. Длину индуктора принимаем примерно равной длине заготовки:

, (2.5)

Размеры индуктора: диаметр м. длина м. Толщина стенки трубки индуктирующего провода при частотах до Гц

, (2.6)

м

где | — глубина проникновения тока в медь, м.

, (2.7)

м.

Индуктор изготавливают из медной трубки круглого или прямоугольного сечения. Используют электротехническую медь марок МО или Ml, обладающих минимальным удельным сопротивлением. Удельное сопротивление меди можно считать (0,018-0,02) Омм.

3. Электрический расчет индуктора

Задача расчета — определить напряжение на индукторе , ток индуктора , число витков индуктора W, коэффициент мощности , коэффициент полезного действия , мощность, подводимую к индуктору .

Расчет выполняют на примере условного одновиткового индуктора. В конце расчета определяют количество витков W и пересчитывают параметры индуктора на это количество витков.

Глубина проникновения тока:

, (3.1)

м.

в заготовку в горячем режиме:

(3.2)

где ρ2 — удельное сопротивление заготовки в горячем режиме (табл.2.3), ρ2 =1,2210 -6 Омм, при относительной магнитной проницаемости равной относительной магнитной проницаемости на поверхности заготовки .

(3.3)

Величину Zae находят из таблицы 2.4 Для этого необходимо определить величину:

(3.4)

В таблице находим Не =410 4 А/м, =35,2, Zae =0,0410 -2 м.

Так как 2 >0,18Омм, то полученное значение Zae увеличиваем в раз.

По формулам таблицы 2.5 рассчитываем г2 , х для холодного, промежуточного и горячего режимов нагрева, а также xs и х . Температуру промежуточного режима принимаем 750-800 °С. Холодный

где =0,2Ом приняли по таблице 2.3 для холодного режима;

где φ=1,46 принято по табл.2.6

где Ф=0,4 принято по табл.2.7, при

Индуктивное сопротивление заготовки магнитному потоку для режимов нагрева (табл.2.5)

,

, где ψ=1,06

Индуктивное сопротивление в зазоре между индуктором и заготовкой

Индуктивное сопротивление обратного замыкания

Коэффициент приведения параметров, характеризующий соотношение размеров индуктора и заготовки:

Активное сопротивление пустого индуктора, Ом:

Где ρ1 =0,018*10 -6 Ом*м — удельное сопротивление меди,W1 =1, kr 1 =1,3.

Сопротивление нагруженного индуктора: активное

Ток в одновитковом индукторе

Напряжение на индуктирующем проводе одновиткового индуктора:

где Uи =30 — принято минимальное вторичное напряжение для понижающих трансформаторов индукционных установок.

витков;

Диаметр индуктирующего провода:

Принимаем медную трубку с наружным диаметров dн =6мм.

где 1,25 учитывает удлинение индуктора из-за зазора между витками.

Пересчитываем сопротивление индуктора на реальное число витков:

Электрический КПД индуктора:

Коэффициент мощности в о. е:

Мощность, подводимая к индуктору:

где — полное сопротивление индуктора с числом витков W.

Реактивная мощность конденсаторных батарей:

4. Проектирование индукционной установки

Нагрев осуществляется в специальных индукционных нагревателях. Индуктор является основным элементом высокочастотной нагревательной установки, во многом определяющим качество закалки и экономичность процесса. Можно выделить следующие типы индукторов: для внешних цилиндрических поверхностей, для плоских поверхностей, для внутренних цилиндрических поверхностей, индукторы для тел сложной формы.

Любой индуктор содержит индуктирующий провод, создающий магнитное поле, токопроводящие шины, контактные колодки для присоединения к закалочному трансформатору, устройство для подачи воды, охлаждающий индуктор и нагретую поверхность.

Различают два способа нагрева: одновременный и непрерывно-последовательный. При одновременном способе весь участок поверхности, подлежащий закалке, нагревается одним или несколькими неподвижными индукторами, а затем охлаждается закалочной жидкостью. При непрерывно-последовательном способе нагреваемая деталь перемещается относительно индуктора, нагреваясь за время нахождения в его магнитном поле до температуры закалки, после чего охлаждается в спрейерном устройстве. Ширина индуктирующего провода при нагреве всей детали или отдельного ее элемента берется примерно равной ширине нагреваемой зоны. Если нагревается участок детали, то ширина провода берется на 10-20% больше ширины участка, что позволяет компенсировать теплоотвод в соседние зоны и ослабление магнитного поля у краев индуктора.

Индукционный нагрев наиболее эффективно используют в условиях поточно-массового производства. Современное поточно-массовое производство, как правило, высокоавтоматизированное. Ручные операции сведены к минимуму. Поэтому при разработке конструкции индуктора необходимо анализировать также возможные схемы автоматизации установки детали в индуктор и передачи ее на следующие операции.

При нагреве кузнечных заготовок используются два способа установки и закрепления нагреваемых деталей:

тяжелые детали массой более 10 кг, а также детали, которые необходимо в процессе нагрева вращать, устанавливают на отдельных от индуктора приспособлениях;

легкие детали базируют непосредственно на элементах, специально пристраиваемых к индуктору, так как в этом случае обеспечивается, как

правило, большая точность взаимного расположения детали и индуктирующего провода.

Для повышения электрического к. п. д., а также cos ср зазор между индуктирующим проводом и нагреваемой поверхностью должен быть минимальным.

Все токоведущие элементы должны изготавливаться из меди — материала высокой электропроводности.

Особое внимание должно быть обращено на конструирование разъемных болтовых соединений токоведущих частей индуктора. Поверхности разъема должны быть тщательно обработаны. Для обеспечения хорошего контакта под головку болта и гайки должны быть положены шайбы увеличенной толщины и диаметра.

При прямом присоединении многовиткового индуктора к источнику тока каждый вывод индуктора следует присоединять по возможности одним болтом диаметром 16-20 мм или при помощи поворотной планки, прижимаемой одним таким же болтом. Если снимать и ставить индуктор рабочему удобно, упрощается зачистка контактных поверхностей между индуктором и понижающим трансформатором. Для сохранения постоянства режима работы необходимо в плановом порядке производить профилактическую зачистку контактов.

Охлаждение индуктора осуществляется следующим способом: в индукторах закалочная жидкость пропускается сквозь трубки, припаянные к токоведущим шинам и присоединительным колодкам, и далее через отверстия в индуктирующем проводе поступает на закаливаемую поверхность. Необходимо, чтобы трубки и полости для подачи закалочной жидкости перекрывали все детали индуктора, в которых выделяется тепло, таким образом, чтобы за время охлаждения температура всех элементоа понизилась до исходной. Наибольшее распространение получили индукторы цилиндрического, овального и щелевого типа. Цилиндрические индукторы наиболее просты по конструкции, надежны, обладают высоким полным КПД и обеспечивают минимальное окисление заготовок вследствие слабого доступа воздуха в зону нагрева. Этот тип индуктора наиболее распространен на практике. Щелевые индукторы имеют более низкие энергетические показатели и применяют в тех случаях, когда удобство транспортировки заготовок имеет особое значение. Руководствуясь всем вышеизложенным, выбираем индуктор нагревательный периодического действия.

5. Выбор индукционной установки

Индукционные установки выбирают по технологическому назначению (нагревательные, закалочные, плавильные и др.), частоте и мощности генератора. Состав оборудования высокочастотных установок с машинным генератором показан на рисунке 1.

Применительно к разовому и небольшому серийному производству ремонтных предприятий наибольший интерес представляют универсальные индукционные заколоченные установки типа ИЗ с машинными преобразователями и ламповые высокочастотные генераторы типа ВЧИ, которые можно использовать для сквозного нагрева и закалки, заменяя лишь индукторы. В работе не рассматриваются другие типы (машинные и тиристорные преобразователи), обладающие излишне большой мощностью, чтобы их широко использовать на сельскохозяйственных предприятиях.

Рисунок 1 — Блок-схема индукционной закалочной установки типа ИЗ (а) и высокочастотного лампового генератора типа ВЧИ (б): 1 — шкаф управления электродвигателем генератора частоты; 2, 3 — шкаф контакторный; 4 — нагревательный блок с индуктором; 5 — шкаф управления нагревательным блоком; 6 — шкаф регулирования напряжения на выходе генератора; 7 — ламповый преобразователь частоты; 8 — индуктор.

Мощность генератора:

где — 0,85 КПД понижающего трансформатора, о. е.

— 0,95 КПД линии соединяющей генератор с индуктором, о. е.

По мощности и частоте выбираем индукционную установку ИЗ1-30/8.

Таблица 1 — Технические характеристики закалочной установки И31 — 30/8

источник

Название: Расчет индуктора и выбор индукционной установки для термообработки заготовок цилиндрической формы
Раздел: Промышленность, производство
Тип: курсовая работа Добавлен 11:13:43 11 декабря 2010 Похожие работы
Просмотров: 1923 Комментариев: 10 Оценило: 1 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать