Проектирование индукционного нагревателя для ремонта ТЭД. Области применения индукционного нагрева

1.2 Проектирование индукционного нагревателя для ремонта ТЭД

1.2.1 Области применения индукционного нагрева

Индукционный нагреватель получил широкое распространение в промышленности и научных исследованиях, от получения и обработки полупроводников до нагрева слитков цветных и черных металлов под прессование и прокатку; сфера его применения постоянно расширяется. Развиваются новые технологические процессы, такие как импульсная высокоскоростная термообработка, высокотемпературный нагрев, плавка оксидов и других не проводниковых материалов в холодных тигелях, нагрев крупногабаритных слитков под пластическую деформацию на промышленной и пониженной частотах.

Применение индукционного нагрева и перспективы его развития в условиях интенсификации производства обусловлены рядом постоянно действующих причин:

– высоким качеством нагрева вследствие быстрого процесса, отсутствием загрязнений, достижимостью любых температур, возможностью использования атмосфер и вакуума и т.д. существует ряд процессов, реализация которых без индукционного нагрева невозможна;

– гибкостью и высокой точностью управления, из - за малой инерционнос- ти процесса, возможностью точного дозирования энергии, наличием нескольких каналов управления;

– сбережением материальных, трудовых и во многих случаях энергетичес- ких ресурсов за счет уменьшения потерь материала в процессе нагрева, повышения качества продукции, увеличения производительности (изменение структуры топливно - энергетического баланса делает электроэнергию наиболее перспективным энергоносителем для промышленного нагрева);

– уменьшением вредных воздействий в окружающую среду и улучшени- ем условий труда обслуживающего персонала.

В отделении по ремонту ТЭД индукционный нагрев применяется для демонтажа лабиринтовых колец и нагрева горловин остова ТЭД. Далее приведен расчет индукционного нагревателя

1.2.2 Расчет индукционного нагревателя при нагреве шестерни  ТЭД         
        перед посадкой на вал

Индукционный нагреватель предназначен для нагрева шестерни тягового электродвигателя перед посадкой на вал.

Исходные данные

U –  напряжение сети, В; U= 220В;

t –  время нагрева шестерни, с; t = 900 с;

G  –  масса шестерни, кг; G= 17 кг;

η  –   коэффициент полезного действия, η  = 0,81;

                Т_к –  температура нагрева шестерни, К; Т_к = 423 К;

В   –  магнитная индукция, Тл; В = 1400 Тл.

Съемный магнитопровод

                                                        Шестерня

             380В

Неподвижный магнитопровод                                                                         

Рисунок 2 – Схема индукционного нагревателя

Расчет индукционного нагревателя

Количество тепла, необходимое для нагрева шестерни рассчитаем по формуле [11]

Q = С G  (Т_к   – Т_н ),                                                     (1)

где С  –  удельная теплоемкость стали, Дж / кг × К; С = 460 Дж / кг × К [11];

G  –  масса шестерни, кг; G= 17 кг;

                   Т_к  –  конечная температура нагрева, К; Т_к = 423 К;

     Т_н  –  начальная температура нагрева, К; Т_н = 293 К.

Q= 460 × 17 × (423  – 293) = 1016600 Дж.

Общее количество тепла, необходимое для нагрева шестерни до заданной температуры [11]

Q_общ = Q / η,                                                            (2)

где η  –   коэффициент полезного действия, η  = 0,81.

Q_общ = 1016600 / 0,81 = 1255062 Дж.

Мощность нагревательного прибора [11]

                                        Р = Q_общ K / t,(3)

где К  –  коэффициент, учитывающий уменьшение напряжения в сети, старение элементов обмоток, увеличение теплоемкости изделия

  при повышении температуры, появление зазора,  К = 1,1;  

t –  время нагрева шестерни, с; t = 900 с.

Р =1255062 × 1,1 / 900 = 1534 Вт.

Величину тока в нагревательном материале можно определить из соотношения первичного и вторичного тока.

I₁ / I₂ =,                                                  (4)

где I₁   – ток в индукторе, А;

I₂  – ток в нагревательном изделии (шестерне), А;   

где S– сечение шины, мм ².

S = 6,97 / 1,5 = 4,65 мм ².

По ГОСТ 26615 - 85 находим  ближайшее  сечение  S= 5 мм ²,  тогда плот- ность тока шины будет равна

∆ = 6,97 / 5 = 1,39 А / мм ².

Определяем количество витков первичной обмотки для частоты f = 50 Гц по формуле [11]

W₁ = 45 U / SB                                                                             (9)

где В –  магнитная индукция, Тл; В = 1400 Тл.

W₁ = 45 × 220 / 0,0392 × 1400 = 180 витков.  

1.2.3 Устройство и работа индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель состоит из следующих составных частей:

1 Неподвижного магнитопровода с укрепленной  на его вертикальном стержне катушкой.

2  Съемного магнитопровода с двумя ручками, который устанавливается на ступицу малой шестерни, установленной на горизонтальный стержень неподвижного магнитопровода так, что один торец съемного магнитопровода вплотную примыкает к вертикальному стержню неподвижного магнитопровода, тем самым, образуя совместно с последним замкнутую магнитную систему.