Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Индукционный нагрев металлов

1.1 Определение, принцип действия, применение, преимущества и недостатки

1.1.1 Определение

1.1.2 Принцип действия

1.1.3 Применение

1.1.4 Преимущества

1.1.5 Недостатки

1.2 Устройства индукционного нагрева

1.2.1 Генераторы индукционных токов

1.2.1.1 Недостатки трёхточки

1.2.1.2 Проблема индукционного нагрева заготовок из магнитных материалов

1.2.2 Индукционные плиты

1.2.3 Индукционные плавильные печи

1.2.3.1 Конструкция печи

2. Расчетная часть

2.1 Определение мощности

Заключение



Введение

Развитие электротехники наглядно определяет тесную взаимосвязь научно-технических проблем с социальными, экономическими, экологическими другими задачами современного общества. расширилась сфера применения электрической энергии в различных областях производства и технологии, информатизации и экологии, социально-бытовой сфере. Под электротехникой в широком смысле слова обычно понимают область науки и техники, использующую электрические и магнитные явления для практических целей.

Первое направление связано с получением, передачей, распределением и преобразованием энергии, поэтому в электротехнике изучаются источники электрической энергии, получаемой из механической, химической, тепловой, световой и некоторых других видов энергии; приемники электрической энергии образующие электрическую энергию в перечисленные виды энергии, а также преобразователи одного вида электрической энергии в другой: трансформаторы выпрямители, преобразователи частоты и др.

Электроэнергетика - одна из основ развития современного человеческого общества. Уровень производства и потребления энергии вообще, в том числе электрической энергии в значительной мере характеризует уровень развития общества, определяет темпы научно-технического и экономического роста. С развитием электрификации тесно связаны важнейшие социально-экономические изменения в обществе.

Интенсивное использование электрической энергии связано с ее преимущественными, перед другими видами энергии, особенностями: возможностью достаточно легкого преобразования в другие виды энергии; возможностью централизованного и экономичного получения на различных электростанциях; простотой и экономичностью передачи к потребителям на большие расстояния.

Традиционные методы электротехнологии, основанные на тепловом и химическом действиях тока, широко применявшиеся ранее, оказались сейчас недостаточными для обеспечения требований современной практики. Только на основе последних достижений электрофизики, электротехники и электроники удалось разработать новые электротехнологические методы с использованием сильных электрических полей и соответственно высоких электрических напряжений.

Современные энергетические и технологические процессы протекают при скоростях, давлениях, механических напряжениях и температурах, что управление и контроль за ними могут быть осуществлены только посредством систем автоматически действующих приборов и устройств, среди которых ведущая роль принадлежит электрическим и электронным приборам: Автоматическое Управления и контроль разнообразными процессами предусматривает получение и передачу системы сигналов и информации и их соответствующую обработку. В связи с этим важно освоение и использование электрических и электронных измерительных приборов, усилителей, импульсных и цифровых электронных устройств и микропроцессоров.

В связи с дальнейшим развитием электроники, теории информации и управляющих машин, все шире внедряются автоматические быстродействующие вычислительные машины для решения сложных математических задач и автоматизации управления технологическими процессами, создаются новые электронные устройства дискретного действия, микропроцессоры и микро-ЭВМ. Информационное направление электротехники важную роль играет при выработке и передаче электроэнергии. Так, например, для обеспечения функционирования мощного энергоблока необходимо контролировать до 1000 переменных величин, из них около 100 должны иметь высоконадежную автоматическую стабилизацию. Во всех отмеченных устройствах и процессах широко используются электрические и магнитные явления, на рис. 1 дается содержание понятия "электротехника".



Рис. 1 К определению понятия "электротехника"

Обобщая все вышесказанное, можно дать следующее определение содержанию понятия "электротехника".Электротехника - область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для осуществления процессов преобразования энергии природы и превращений вещества, а также для получения и передачи информации.

Закладка фундамента электротехники и формирование ее научных основ, заложенные в конце 18 и начале 19 веков явились началом изучения электрических явлений для учебных целей. До окончательного формирования электротехники вопросы практического применения электрических и магнитных явлений изучались в учебной дисциплине - физике. В связи с расширение сети высших учебных заведений различного профиля улучшается специализация преподаваемых наук. Если в 18 в. в России был только один университет - Московский, то в первое же десятилетие 19 в. университеты открылись в Казани и Харькове, а в Петербурге был основан главный педагогический институт, преобразованный в 1819 г. в Петербургский университет. Создаются специальные учебные заведения, в том числе Медико-хирургическая академия. Преподавание в университетах и специальных учебных заведениях естественных наук, при их интенсивном развитии, вызвало усиление интереса к изучению физики, химии, математики. Программы преподавания физики значительно расширяются; по университетскому уставу 1804 г. физика из всеобщего курса естествознания выделяется в самостоятельную дисциплину. Увеличивается объем изданий научной и учебной литературы, в частности, и по физике. Если, например, в 18 в. за четверть века после смерти М.В. Ломоносова в России не было издано ни одного учебника по физике, то в первой половине 19 в. вышли учебники по физике профессоров И.А. Двигубского, П.И. Страхова, Г. Паррота, а также переводные учебники физики профессоров Г. Бриссона, Р. Майера и др.



1. Индукционный нагрев металлов

1.1 Определение, принцип действия, применение, преимущества и недостатки

1.1.1 Определение

Индукционный нагрев (Induction Heating) -метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH - radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

1.1.2 Принцип действия

Индукционный нагрев - это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно - это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла. Система "индуктор-заготовка" представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является как бы вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху. На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Д (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Д плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости м материала заготовки. Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри м имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электропроводящая керамика и т. д.) м примерно равна единице. Формула для вычисления глубины скин-слоя в мм:

,

где м0= 4р·10?7 - магнитная постоянная Гн/м, с - удельное электрическое сопротивление материала заготовки при температуре обработки, f - частота электромагнитного поля, генерируемого индуктором. Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ? 0,001 мм. Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием - этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

1.1.3 Применение

а) сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла;

б) получение опытных образцов сплавов;

в) гибка и термообработка деталей машин;

г) ювелирное дело;

д) обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве;

е) поверхностная закалка;

ж) закалка и термообработка деталей сложной формы;

з) обеззараживание медицинского инструмента;

1.1.4 Преимущества

а) высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала;

б) возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме;

в) нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева - эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал - металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т.п. Например, внутренности радиолампы можно прогревать для обезгаживания прямо через стеклянную колбу;

г) за счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе - так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле);

д) поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование;

е) экологическая чистота, т.к. отсутствуют продукты горения. Небольшие установки индукционного нагрева можно эксплуатировать в замкнутом и плохо проветриваемом помещении, не оборудованном специальными средствами вентиляции и вытяжками (гаражи, небольшие домашние мастерские, подвалы);

ж) удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

з) индуктор можно изготовить особой формы - это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву;

и) легко провести местный и избирательный нагрев;

к) так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более медленно за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина детали при этом остаётся вязкой);

л) лёгкая автоматизация оборудования и конвейерных производственных линий. Простота управления циклами нагрева и охлаждения. Простая регулировка и удерживание температуры, стабилизация мощности, подача и съём заготовок.

1.1.5 Недостатки

а) повышенная сложность оборудования, необходим квалифицированный персонал для настройки и ремонта.

б) при плохом согласовании индуктора с заготовкой требуется бомльшая мощность на нагрев, чем в случае применения для той же задачи ТЭНов, электрических дуг и электронагревательных спиралей.

в) требуется мощный источник электроэнергии, который в полевых условиях может отсутствовать. В этом случае применение, например, газовых горелок более оправдано.

г) несмотря на небольшие размеры индуктора, агрегат индукционного нагрева в целом достаточно громоздок и маломобилен, и больше подходит для стационарной установки в помещении, чем для выездных работ.

1.2 Устройства индукционного нагрева

электротехнология индукционный нагрев металл

1.2.1 Генераторы индукционных токов

Нагревательный индуктор представляет из себя катушку индуктивности, входящую в состав рабочего колебательного контура с компенсирующей конденсаторной батареей. Раскачку контура осуществляют либо с помощью электронных ламп, либо с помощью полупроводниковых электронных ключей. На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги. Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (на низких частотах индуктивное сопротивление индуктора (катушки колебательного контура) мало, и возникает короткое замыкание по катушке (индуктору). Добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью очень плохо "накачивается" энергией. Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:

а) повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;

б) применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В.П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока. Например, чтобы "перерезать" за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др. На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.



1.2.1.1 Недостатки трёхточки

а) низкий кпд (менее 40 % при применении лампы);

б) сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (?700С) (изменяется м), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являютcя фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам;

в) при смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя;

г) при смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Недостаток многоконтурных систем - повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний - самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы - это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать:

а) постоянную частоту

б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке

в)максимально высокий КПД.

Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания - заготовка начинает греться хуже.

1.2.1.2 Проблема индукционного нагрева заготовок из магнитных материалов

Если инвертор для индукционного нагрева не является автогенератором, не имеет схемы автоподстройки частоты и работает от внешнего задающего генератора (на частоте, близкой к резонансной частоте колебательного контура "индуктор-компенсирующая батарея конденсаторов"). В момент внесения заготовки из магнитного материала в индуктор (если размеры заготовки достаточно крупны и соизмеримы с размерами индуктора), индуктивность индуктора резко увеличивается. Что приводит к скачкообразному уменьшению собственной резонансной частоты колебательного контура и отклонению её от частоты задающего генератора. Контур выходит из резонанса с задающим генератором, что приводит к увеличению его сопротивления и скачкообразному уменьшению передаваемой в заготовку мощности. Если мощность установки регулируется внешним источником питания, то естественной реакцией оператора является увеличить напряжение питания установки. При разогреве заготовки до точки Кюри, её магнитные свойства исчезают, собственная частота колебательного контура возвращается обратно к частоте задающего генератора. Сопротивление контура резко уменьшается, резко возрастает потребляемый ток. Если оператор не успеет снять повышенное напряжение питания, то установка перегревается и выходит из строя. Если установка оборудована автоматической системой управления, то система управления должна отслеживать переход через точку Кюри и автоматически уменьшать частоту задающего генератора, подстраивая его в резонанс с колебательным контуром (либо уменьшать подаваемую мощность, если изменение частоты недопустимо).Если производится нагрев немагнитных материалов, то вышесказанное значения не имеет. Внесение в индуктор заготовки из немагнитного материала практически не меняет индуктивность индуктора и не сдвигает резонансную частоту рабочего колебательного контура, и необходимости в системе управления нет. Если размеры заготовки много меньше размеров индуктора, то она тоже не сильно сдвигает резонанс рабочего контура.

1.2.2 Индукционные плиты

Индукционная плита - кухонная электрическая плита, разогревающая металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем, частотой 20-100 кГц. Такая плита обладает большим КПД по сравнению с ТЭН электроплитками, так как меньше тепла уходит на нагрев корпуса, а кроме того отсутствует период разгона и остывания (когда зря тратится выработанная, но не поглощенная посудой энергия).

1.2.3 Индукционные плавильные печи

Индукционные (бесконтактные) плавильные печи - электрические печи для плавки металлов, в которых нагрев происходит за счет вихревых токов, возникающих в металлическом тигеле (и металле), либо только в металле (если тигель изготовлен не из металла; такой способ нагрева более эффективен, если тигель плохо теплоизолирован).

1.2.3.1 Конструкция печи

Индукционные нагревательные установки в настоящее время становятся неотъемлемой частью многих технологических процессов обработки черных и цветных металлов, что определяет разнообразие их конструкций.

Рис. 1. Схемы индукционных нагревательных установок с проходными индукторами разного поперечного сечения: а - круглого; б - квадратного; в - овального; г - щелевого

Для нагрева заготовок по всей длине применяют соленоидные многовитковые проходные индукторы круглого, квадратного или прямоугольного сечения (рис. 1, а и б), для местного нагрева концов длинных заготовок (прутки, трубы) - овальные и щелевые (рис. 1, в и а), для нагрева пластин и лент - овальные, для нагрева кольцевых заготовок (бандажи колес) - индукторы с замкнутым магнитопроводом аналогично принципу работы индукционных канальных печей, при нагреве листового материала - индукторы с поперечным магнитным полем. В индукционных нагревательных установках заготовки перемещают толкателем с кривошипным (в кузнечных нагревателях типа КИН-К), реечным, гидравлическим или пневматическим приводом (типа КИН-П), "шагающей" направляющей при возвратно-поступательном ее перемещении внутри индуктора от кулачкового механизма (в кузнечных нагревателях типа КИН-Ш); длинные стальные заготовки перемещают приводными "магнитными" роликами (с постоянными магнитами), немагнитные - роликовыми протяжными механизмами, когда ролики устанавливают между секциями длинного индуктора. Нагрев алюминиевых слитков перед прессованием производят в индукционной печи методического действия. Нагрев заготовок в установке осуществляется методическим способом, который заключается в последовательном нагреве заготовок до заданной температуры, по мере прохождения их через индуктор, состоящий из трех однофазных индукторов, включенных на три фазы питающей сети.

Индукционная печь представляет собой нагревательную установку, работающую по принципу трансформатора с разомкнутым сердечником, первичной обмоткой которого является индуктор, а вторичной - поверхностные слои нагреваемой заготовки. При действии переменного электромагнитного поля, создаваемого индуктором, в поверхностных слоях слитков, находящихся в этом поле, индуцируются электрические токи, которые разогревают эти слои заготовки. Передача тепла от поверхностных слоев слитка и его глубинным объемом осуществляется теплопроводностью. Для этого метода нагрева характерно наличие температурного перепада по сечению слитка, пропорционально скорости нагрева, то есть мощности, приходящейся на единицу поверхности слитка. Конструктивно индуктор, состоящий из трех однофазных индукторов, представляет собой трубу, в которую с одного конца загружаются не нагретые слитки, а с другого конца выгружаются нагретые слитки. Продвижение слитков через индуктор производится с помощью толкателя. За один проход толкателя одновременно происходит загрузка одного слитка в индуктор, продвижение всех слитков, находящихся в индукторе, на длину одного слитка и выгрузка из индуктора одного нагретого слитка. Нагрев слитков в индукторе до заданной температуры происходит постепенно по мере продвижения их по индуктору. Для постоянного контроля температуры слитка, находящегося на выходе из индуктора, печь снабжена торцевой термопарой, которая своими электродами постоянно уперта в торец слитка и автоматически отводится в сторону специальным механизмом на период выгрузки слитка из индуктора. Кроме контроля температуры термопара выполняет функцию датчика, по сигналу которого производится включение и отключение индуктора от сети. При нагреве слитка, находящегося на выходе из индуктора, до заданной температуры термопара дает сигнал на отключение индуктора, то есть прекращение нагрева, при охлаждении слитка на 8-15оС ниже заданной - на включение индуктора, то есть на возобновление нагрева. Для нагрева слитка каждого размера до заданной температуры необходимо определенное время нахождения его в индукторе. Поэтому в зависимости от темпа работы пресса и возможности печи, возможны следующие варианты работы пресса и печи:

- пресс закончил предыдущий цикл прессования, готов принять новый слиток, печь готова выдать очередной, нагретый до заданной температуры слиток. Пресс и печь работают синхронно;

- пресс готов принять новый слиток, печь не готова выдать очередной слиток, то есть его температура не достигла заданной. Пресс и печь работают не синхронно, темп работы пресса превышает темп работы печи;

- пресс не готов принять новый слиток, печь готова выдать очередной, нагретый до заданной температуры слиток. Пресс и печь работают не синхронно, темп работы пресса отстает от темпа работы печи.

Печь может работать в автоматическом режиме. В этом случае загрузка слитков в печь, их нагрев и выгрузка нагретых слитков из печи осуществляется автоматически по команде аппаратчика с пульта управления прессом. При необходимости указанная команда может быть подана с пульта управления печью. Мощность индуктора отрегулирована таким образом, чтобы при нагреве слитков любого размера из любого высоколегированного сплава перепад температуры по поперечному сечению слитка не превышал 40оС.Нагретый до заданной температуры слиток следует выгружать из индукционной печи не раньше, чем за 2 минуты до задачи его в контейнер.

2. Расчетная часть

2.1 Определение мощности

Исходные данные для расчета представлены в табл. 1.

Таблица 1. Техническая характеристика индукционной печи

Наименование параметра	Величина
Габаритные размеры, мм: длинна ширина высота	7945 1700 1902
Размеры нагреваемых слитков, мм: диаметр длина	270 500
Длина индуктора, мм	4200
Максимальная температура нагрева, єС	550
Производительность печи, кг/ч	2500
Расход воды, охлаждающей индуктор, м 3/ч	5
Материал нагреваемых заготовок	Алюминий и его сплавы
Температура охлаждающей воды, °С: - на входе - на выходе	+20 +40

Тепловой расчет индуктора сквозного нагрева металла сводится к определению тепловой, а следовательно и электрической мощности установки сквозного нагрева.

Суммарная тепловая мощность индуктора складывается из полезной мощности, затрачиваемой на нагрев металла, и из тепловых потерь в окружающее пространство:

, (1)



где - мощность затрачиваемая на нагрев металла, кВт;

- тепловые потери, кВт.

Полезную мощность индуктора (нагрев заготовок) можно определить по формуле

, (2)

где - производительность печи, кг/с;

- удельная теплоемкость металла, ;

- разность температур заготовки после и до нагрева в печи, оС;

, (3)

- температура заготовки после нагрева в печи (температура прессования), оС; - температура заготовки до нагрева, оС.

При заданных производительность печи кг/ч или кг/с, удельной теплоемкость сплава из алюминия [1] и разность температур заготовки после и до нагрева

,

по формуле (2) найдем полезную мощность индуктора (нагрев заготовок) кВт.

Тепловые потери складываются из потерь тепла с охлаждающей водой индуктора и потерь излучением, через выходное отверстие печи:



, (4)

где - потери тепла с охлаждающей водой, кВт;

- потери излучением, кВт.

Потери с охлаждающей водой можно определить по формуле.

, (5)

где - расход охлаждающей воды, кг/с;

- теплоемкость воды, ;

- разность температуры воды на выходе и входе индуктора, оС.

, (6)

где - температура воды на выходе из индуктора, оС;

- температура воды на входе в индуктор, оС.

При заданных расходе охлаждающей воды , или кг/с, теплоемкости воды [2] и разности температуры воды на выходе и входе индуктора

,

По формуле (5), найдём тепловые потери с охлаждающей водой

кВт.

Потери излучением можно определить по формуле:



, (7)

где - температура излучаемой поверхности, К;

- температура окружающей среды, К;

- площадь излучаемой поверхности, ;

- коэффициент излучения абсолютно черного тела, .

, температура излучаемой поверхности К и К.

Площадь излучаемой поверхности определим по формуле:

, (8)

где - диаметр выходного отверстия печи, м.

Диаметр выходного отверстия печи м, тогда площадь излучаемой поверхности .

Потери тепла излучением по формуле (7):

кВт.

Тепловые потери

кВт.

Суммарная тепловая мощность индуктора

кВт.

КПД индуктора можно рассчитать по формуле



, (9)

тогда

Таблица 2. Тепловой баланс индуктора

Приход теплоты	Расход теплоты
№	Наименование статьи	Количество	№	Наименование статьи	Количество
		кВт	%			кВт	%
1	Подводимая мощность к индуктору	506,49	100	1	Нагрев заготовок	388,4	76,7
				2	Тепловые потери с охлаждающей водой	116,4	22,7
				3	Тепловые потери излучением	1,689	0,33
	Итого	506,49	100		Итого	506,49	100



Заключение

После проведенных расчетов получили индукционную печь с технической характеристикой, указанной в табл. 3.

Таблица 3. Техническая характеристика печи с учетом рассчитанных показателей

№	Наименование параметра	Ед. изм.	Величина
1	Материал нагреваемых заготовок	Алюминий и его сплавы
2	Температура нагрева слитков	oС	550
8	Производительность	кг/с	0,7
9	Длина индуктора	м	4,2
10	Диаметр индуктора	м	0,29
11	Расход охлаждающей воды	кг/с	1,39
12	Температура охлаждающей воды: - на входе - на выходе	°С °С	+20 +40

Развитие индукционного нагрева идет по пути совершенствования его технологии и автоматизации, в том числе и на основе достижений современной вычислительной техники. Расширяется применение высоких температур как при традиционных способах нагрева, так и при индукционном плазменном нагреве. В связи с ростом мощности установок и расширением их использования в промышленности особое значение приобрело совершенствование основной аппаратуры и источников питания, направленное на улучшение энергетических показателей и надежности установок для нагрева проводящих материалов и диэлектриков.

Размещено на Allbest.ru

...