ИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С МНОГОСЛОЙНЫМ ИНДУКТОРОМ ДЛЯ НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

Предлагаемое индукционное устройство относится к области электротехники, а конкретнее к электротермии и предназначено для нагрева, преимущественно, алюминиевых заготовок.
Известны различные варианты выполнения устройства для индукционного нагрева, состоящего из индуктора, корпуса и системы охлаждения.
Одним из аналогов предлагаемого индукционного устройства является многослойный индуктор с внутренним жидкостным охлаждением (Растворова И.И. Исследование и разработка энергосберегающих технологий индукционного нагрева легких сплавов: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - СПб.: 2015). В данной работе индуктор представляет собой медную трубку, охлаждаемую дистиллированной водой. Другой аналог представляет собой индукционное устройство, в котором охлаждение осуществляется за счет применения системы внешнего испарительного криогенного охлаждения многослойного индуктора (см. патент ПМ №748918, СССР, 1980). Основная задача всех этих устройств - повышение производительности и энергоэффективности устройства за счет усовершенствования конструкции индуктора и его системы охлаждения.
Наиболее близким прототипом из известных является индукционное устройство для сквозного нагрева (Баскаков П.А. Разработка и исследование индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения боеприпасов. Автореф. дис. кан. тех. наук. - М.: 2016), содержащее многослойный индуктор, корпус, систему внешнего воздушного охлаждения. Основная задача устройства - повышение производительности за счет применения многослойной обмотки индуктора и внешнего воздушного охлаждения.
Недостатком указанного устройства является отсутствие магнитопровода, что приводит к ухудшению энергетических показателей, и воздушное охлаждение индуктора, что приводит к повышению его температуры и увеличению электрических потерь.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении производительности и энергоэффективности.
Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для индукционного нагрева, содержащее многослойный индуктор, корпус, систему охлаждения, согласно полезной модели снабжено магнитопроводом, охватывающим индуктор с внешней стороны и с торцов, система охлаждения выполнена двухконтурной, состоящей из первого контура, подключенного к выводам индуктора, второго контура, соединенного с источником охлаждающей среды и объединяющим их теплообменником, причем витки многослойного индуктора выполнены с воздушным зазором.
На рисунке показано предлагаемое устройство для индукционного нагрева.
Индуктор 1 размещен в корпусе 2, на котором закреплен магнитопровод 3, охватывающий индуктор с внешней стороны и с торцов. Выводы 4 предназначены для подключения электропитания. К выводам 5 подключен первый контур охлаждения, содержащий насос 6 и расширительный бак 7. Второй контур охлаждения содержит реле протока 8, насос 9 и объединен с первым контуром через теплообменник 10. Теплоизоляция 11 уменьшает тепловые потери от нагреваемой металлической заготовки 12.
Устройство работает следующим образом. При подключении индукционной установки к источнику питания, ток в индукторе 1 создает переменное магнитное поле, в котором нагревается металлическая заготовка 12. Благодаря использованию магнитопровода 3 поле рассеивания уменьшается, соответственно увеличиваются электрический КПД и коэффициент мощности cos ϕ. Охлаждающая среда первого контура охлаждения в результате работы насоса 6 подается в корпус устройства 2. За счет этого происходит охлаждение индуктора 1. Расширительный бак 7 служит для компенсации температурного расширения охлаждающей среды. Тепловая энергия, забираемая охлаждающей средой от индуктора 1, в теплообменнике 10 передается охлаждающей среде второго контура охлаждения, движение которой обеспечивается циркуляционным насосом 9. Проток охлаждающей среды во втором контуре, необходимый для нормального функционирования системы охлаждения, контролируется с помощью реле протока 8.
Таким образом, использование данной конструкции устройства позволяется повысить энергетические и эксплуатационные характеристики установки в целом.
Предлагаемое устройство окажется особенно эффективным при использовании в индукционных установках большой мощности, т.к. при этом уменьшается срок окупаемости дополнительного оборудования.