Расчет индуктора и выбор индукционной установки для термообработки заготовок цилиндрической формы (стр. 3 из 3)

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

Характеристика	Тип установки
	ИЗ 1 - 30/8
Тип преобразователя	ВПЧ - 30/8
Количество преобразователей	1
Мощность электродвигателя, кВт	50
Мощность на высокой частоте, кВт	30
Частота тока, Гц	8000
Напряжение, В	400
Поверхность одновременного нагрева, м	0,01
Глубина закаленного слоя	1,3-5

На листе 2 графической части приведена принципиальная электрическая схема индукционной закалочной установки, включающая электромашинный преобразователь М - G, понижающий закалочный трансформатор TV2, на выход которого подключают индуктор ЕК, силовой контактор КМ, трансформаторы напряжения и тока TV и ТА, амперметр РА 1 для измерения тока в обмотке возбуждения, компенсирующую конденсаторную батарею Ск, разрядник RK (защищающий от аварийных перенапряжений при обрыве цепи индуктора), реле KV (для защиты от перенапряжений по другим причинам), реле КА1, КА2, КАЗ максимального тока (для защиты от коротких замыканий и перегрузок). Напряжение генератора регулируют реостатом R2.

Опыт эксплуатации закалочных установок показал их высокую надежность и безопасность при обслуживании. Монтаж закалочных устройств и линий передачи должен производиться с учетом требований ПУЭ. Конструкция станка должна исключать возможность случайного прикосновения к элементам, находящимся под высоким напряжением. Вторичная обмотка трансформатора и все металлические конструкции станка должны быть заземлены. Напряжение на индукторе составляет несколько десятков, а иногда и сотен вольт и может служить причиной поражения персонала. Запрещается прикасаться к индуктору, находящемуся под напряжением, или менять деталь без его отключения. Санитарно - гигиеническими нормами ограничиваются напряженности магнитного и электрического полей в зоне расположения обслуживающего персонала (5 А/м и 20 В/м соответственно). Обычно эти нормы соблюдаются без применения специальных мер. В противном случае используют экранирование индуктора магнитопроводами или кожухами. На установках с ламповыми генераторами дополнительно контролируется уровень создаваемых ими радиопомех. Персонал, обслуживающий установки, должен пройти обучение и инструктаж на рабочем месте.

Литература

1. Расчет и выбор электротехнологического оборудования: методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 1-74 06 05 "Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного производства" / БГАТУ кафедра электротехнологии; сост.: Е.М. Заяц, И.Б. Дубодел. - Минск, 2007 -51с.

2. Электротермическое оборудование сельскохозяйственнго производства: учеб. пособие для вузов / Л.С. Герасимович [и др.] ; под общ. ред.Л. С Герасимовича - Минск: Ураджай, 1995. - 416 с.

3. Установки индукционного нагрева: учебник / под ред.А.Е. Слухоцкого - Ленинград: Энергоиздат, 1981. - 328 с.

4. Слухоцкий, А.Е. Индукторы для индукционного нагрева: учеб. пособие / А.Е. Слухоцкий, СЕ. Рыскин. - Ленинград: Энергия, 1974. - 264 с.

5. Заяц Е.М., Карасенко В.А., Дубодел И.Б. Расчеты электротехнологического оборудования. - Мн.: УП Технопринт, 2001. - 238с.

6. Стандарт предприятия. Правила оформления курсовых и дипломных проектов. - Мн.: Ротапринт БГАТУ, 2007.