ИНДУКЦИОННАЯ УСТАНОВКА СКВОЗНОГО НАГРЕВА

Заявляемое техническое решение относится к области электротехники, а именно, к электротермическим устройствам с активно-индуктивной нагрузкой и схемам их подключения к источнику переменного напряжения, в частности может быть использовано при обеспечении режима методического нагрева с постоянной температурой поверхности (ускоренный нагрев), режима с изменением мощности по специальной программе (оптимальные режимы нагрева), а также режима градиентного нагрева.
Известны индукционные установки для ускоренного методическою нагрева перед обработкой давлением, в которых активная мощность, выделяемая в загрузке на начальном участке значительно больше, чем на последующих участках (Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л., «Энергия», 1974). Это достигается неравномерным распределением линейной токовой нагрузки по длине индуктора за счет ступенчатого изменения ширины индуктирующего провода и шага намотки. Таким образом обеспечивается быстрый нагрев поверхностного слоя загрузки до заданной конечной температуры. Значительный перепад температуры и, соответственно, большой тепловой поток между поверхностью и центром загрузки способствует быстрому прогреву ее внутренних слоев. После продвижения загрузки в индукторе в последующих позициях подводимая к ней мощность снижается таким образом, чтобы температура поверхности оставалась постоянной и равной конечной величине. Таким образом удается значительно сократить время нагрева загрузки до конечной температуры при заданном перепаде температур между поверхностью и центром.
Неравномерность токовой нагрузки используется также для создания оптимального режима нагрева. Изменение мощности, выделяемой в заготовке в процессе нагрева, позволяет добиться наименьшего перепада
температуры по сечению заготовки в конце нагрева. Кроме того, подобным образом может быть обеспечено заданное технологическими требованиями неравномерное распределение температуры по длине слитка в конце нагрева, то есть режим градиентного нагрева.
Недостатком описанных индукционных установок является отсутствие возможности регулирования режима нагрева. Обычно шаг намотки индуктора меняется ступенчато. Число ступеней не превышает четырех, а наиболее часто ограничиваются тремя, в некоторых случаях двумя ступенями. Поэтому, они могут быть использованы только в серийном производстве для нагрева однотипных заготовок при условии жесткого соблюдения номинального режима работы.
Наиболее близкой к заявленному устройству является индукционная установка сквозного нагрева, содержащая колебательный контур, образованный параллельно включенными конденсаторной батареей и многовитковым индуктором с равномерно распределенными по длине витками (Шамов А.Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. Изд. 2-е, доп. И перераб. Л., «Машиностроение», 1974). Основным преимуществом такой конструкции является то, что она может быть использована для нагрева заготовок, близких по диаметру, но самых разнообразных по длине. Однако эта конструкция индукционной установки сквозного нагрева не позволяет реализовать режимы нагрева, которые обычно осуществляются за счет непостоянной удельной мощности, передаваемой в загрузку в течение цикла нагрева, чего можно добиться при неравномерной плотности витков по длине индуктора (количество витков на единицу длины).
В основу технического решения положена задача создания индукционной установки сквозного нагрева, которая обеспечит неравномерность распределения удельной мощности, передаваемой в загрузку в течение цикла нагрева и при этом позволит регулировать
распределение удельной мощности в зависимости от заданного режима нагрева и параметров загрузки.
Поставленная задача решается тем, что индукционная установка сквозного нагрева, содержащая колебательный контур, образованный батареей конденсаторов и многовитковым индуктором с равномерно распределенными по длине витками, согласно изобретению, многовитковый индуктор разбит на несколько ступеней, ограниченных выполненными по всей длине многовиткового индуктора электрических выводов, параллельно к электрическим выводам на входе (выходе) многовиткового индуктора и электрическому выводу на выходе (входе) каждой из ступеней включены части батареи конденсаторов, при этом длина ступеней и емкость соответствующих частей батарей конденсаторов подобраны так, чтобы обеспечить заданное ступенчатое увеличение (уменьшение) удельной мощности по длине многовиткового индуктора.
На фиг.1 представлен эскиз индукционной установки сквозного нагрева со схемой подключения к источнику переменного напряжения; на фиг.2 - электрическая схема замещения индукционной установки сквозного нагрева; на фиг.3 - векторная диаграмма токов и напряжений индукционной установки сквозного нагрева.
Индукционная установка сквозного нагрева содержит многовитковый индуктор 1 с равномерно распределенными по его длине витками (фиг.1). Многовитковый индуктор 1 разбит на несколько ступеней, ограниченных выполненными по всей его длине электрическими выводами 2. В рассматриваемом случае многовитковый индуктор является трехступенчатым 1, 1'', 1'', так как этот случай встречается наиболее часто. Однако число ступеней может быть любым и выбирается исходя из требований технологии нагрева загрузки. К электрическому выводу 2 на выходе многовиткового индуктора 1 и электрическим выводам 2 на входе каждой из ступеней многовиткового индуктора включены части батарей
3
3
3
конденсаторов 3', 3'', 3''' с емкостными сопротивлениями частей батареи конденсаторов x', x'', х''' (фиг.2). Внутри индуктора находится загрузка 4.
1
1
1
1
1
1
3
3
3
1
1
c
1
1
с
1
с
1
1
1
При подаче на электрические выводы 2 на входе и выходе многовиткового индуктора 1 переменного напряжения в элементах индукционной установки сквозного нагрева возникают переменные электрические токи. В рассматриваемом случае предполагается, что активные сопротивления секций (r', r'', r'''} значительно меньше реактивных сопротивлений (х', х'',x'''). Величина сопротивлений частей батареи конденсаторов х', х'', х''' такие, что величина тока в каждой последующей секции многовиткового индуктора складывалась из тока в предыдущей секции и тока части батареи конденсаторов, включенной параллельно к электрическому выводу между рассматриваемыми секциями и электрическому выводу на выходе многовиткового индуктора (I'''=I''+(I'''), I''=I'+(-I''), I'=I+(-I')). Таким образом, как видно из векторной диаграммы на фиг.3 I''>I''>I'. Это значит, что в загрузке 4 по длине наблюдается неравномерное ступенчатое распределение удельной мощности, что позволяет обеспечить специальные технологические режимы сквозного нагрева. Кроме того, одна и та же конструкция индукционной установки сквозного нагрева может обеспечивать разнообразные технологические требования к режиму нагрева, потому что позволяет изменить число секций, их длины и емкости частей батареи конденсаторов.