8 Исследование электродинамических усилий в цилиндрическом индукционном нагревателе

Цель: Исследовать влияние электродинамических усилий на заготовку при выходе из индуктора.

Составим модель цилиндрического индуктора, через который проходят заготовки.

Таблица 14 – Параметры индукционной системы

Индуктор

Zin., см

R1, см

l1, см

W, витков

Трубкаd×A×T, см

1, Ом см

20

18

130

91

0,4×1,2×2

2×10^– 6

Магнито-провод

dm.y., см

lm.y., см

lof., см

Rm.y.,см

nel.

m.y.

5

145

-10

21

5

100

Тепло-изоляция

Zin., см

lins, см

Layer 1

Layer 2

dins., см

Материал

dins., см

Материал

20

130

1

Magnesit

0,8

Glass wool

Заготовка

Zin., см

Rint., см

l2, см

dlayer, см

Tinit., °C

Материал

nL,

nR,

120

0

30

15

20

0,4%СSteel

40

50

Процесс

, с

Tmed, °C

f, Гц

U, В

C, мкФ

Охлаждение

Simultan.

1

20

50

380

34 000

Natural

Рисунок 28 – Индукционная система нагрева заготовок

Рассмотрим последнюю заготовку в индукторе, оценим влияние электродинамических усилий.

Зная зависимость реактивной мощности от координаты, можно определить силы, действующие на отдельные слитки или на участки индуктирующей катушки по формуле

где – приращение реактивной мощности индуктора при малом виртуальном перемещении , f – частота тока. Таким образом определим аксиальную силу(вдоль оси Zв данном случае).

Рисунок 29 – ЭДУ действующее на 4ую заготовку

При расчёте электродинамических усилий в программе 2DELTAзададим минимальный коэффициент трения скольжения по стальному желобу K_тр =0,25. Получим график ЭДУ вдоль оси Z (рисунок 29). Также рассчитаем силу трения заготовки о поверхность желоба, по которому она перемещается, по формуле:

При Z = 6 см ЭДУ становится равным силе трения, возможно перемещение заготовки. Это приведет к самопроизвольной разгрузке индуктора.

9 Проектирование линии индукционного нагрева с несколькими индукторами и частотами питания

Цель: Составить модель цилиндрической индукционной системы для непрерывного нагрева сплошного цилиндрического тела из магнитной стали диаметром 10 см и длиной 50 см, движущегося со скоростью 2,5 см/счерез восемь одинаковых нагревателей, находящихся на расстоянии 15 см друг от друга. Температура нагрева 1100Сс допустимым перепадом по сечению ±50 С

Таблица 15 – Параметры индукционной системы

Заготовка	RInt., см	RExt., см	l2, см	Материал			T, °C
	0	5	50	0.4 % Steelanneal			20
Индуктор	R1, см	W1	l1, см	ТрубкаT×A×d, см			
	6,5	46	50	1×1×0,15			0,8
Теплоизоляция	Refractory concretedlayer= 1,0 см
Стадии процесса	f, Гц	Uind, В	Время, с	Условия	Стадия	Tmed., °C
	1000	750	20	Natural	1 – heating	20
			6	Natural	2 – cooling	20
	2400	750	20	Natural	3 – heating	20
			6	Natural	4 – cooling	20
	2400	750	20	Natural	5 – heating	20
			6	Natural	6 – cooling	20
	2400	750	20	Natural	7 – heating	20
			6	Natural	8 – cooling	20
	5000	750	20	Natural	9 – heating	20
			50	Natural	10 – cooling	20
	5000	750	20	Natural	11 – heating	20
			6	Natural	12 – cooling	20
	5000	375	20	Natural	13 – heating	20
			6	Natural	14 – cooling	20
	5000	375	20	Natural	15 – heating	20

Определим интегральные параметры индукторов, запишем их в таблицу 15

Таблица 15 — Интегральные параметры индукторов

N	Ii, А	Pi, кВт	Ui, В	cos i	Z, Ом		lim
1	2442	812,3	750	0,449	0,312	0,83	0,84
2	1281	217,7	750	0,231	0,586	0,74	0,81
3	1255	222,1	750	0,231	0,598	0,74	0,81
4	1248	223,6	750	0,239	0,601	0,73	0,82
5	662	94,8	750	0,191	1,133	0,61	0,83
6	663	94,5	750	0,190	1,130	0,65	0,83
7	331	23,6	375	0,190	0,131	0,51	0,83
8	332	23,6	375	0,190	1,130	0,56	0,82
Расход электроэнергиина одну заготовку 76,1 кВт*ч

Рисунок 30 – Распределение температуры в заготовке в течение нагрева

Рисунок 31 – Цветовая карта температуры заготовки

Распределение температуры по сечению заготовкив конце нагрева практически равномерное , конечная температура составляет 1100С , перепады температуры невысоки и составляют ±15 С, что удовлетворяет требованиям технологического процесса.