Разработка математических моделей проходных индукционных нагревателей и их использование для автоматизированного проектирования

• Автор: Казьмин, Владимир Ефимович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 208 c. : ил

1. Введение
2. Построение математической модели проходного индукционного нагревателя
2.1. Современное состояние вопроса
2.2. Электрический расчет
2.3. Тепловой расчет
2.4. Модель стационарного режима проходного
нагревателя
2.5. Выводы по главе
3. Проверка адекватности математических моделей и исследование индукционных нагревательных систем
3.1. Проверка точности теплового расчета
3.2. Проверка точности внутренней электрической
задачи
3.3. Экспериментальное исследование распределения мощности по длине загрузки и проверка метода намагничивающих сил
3.4. Исследование краевого эффекта ферромагнитного цилиндра при индукционном нагреве
3.5. Выводы по главе
4. Расчетное проектирование проходных индукционных нагревателей
4.1. Задачи расчетного проектирования и разработка управляющей программы для проведения
интерактивного проектирования
4.2. Проектирование нагревателей обычного типа
4.3. Проектирование нагревателей ускоренного типа

4.4. Выводы по главе
5. Моделирование электротепловых процессов в
проходном нагревателе с индуктором-спрейером
5.1. Особенности построения теплового расчета в зоне интенсивного охлаждения
5.2. Расчет температурного поля с учетом осевого
перетока тепла
5.3. Система конечно-разностных уравнений для стационарного двумерного температурного поля в движущейся трубе и решение ее методом Ньютона
5.4. Электротепловой расчет системы с индуктором-трансформатором (концентратором)
5.5. Выводы по главе
6. Заключение
Литература
Приложение
Приложение 2

1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в кузнечно-штамповочном и металлургическом производствах наряду с другими видами нагревательного оборудования широкое распространение получило индукционное оборудование.
Так нагрев заготовок под пластическую деформацию на гидравлических и кривошипных прессах, молотах и ковочных вальцах осуществляется в большинстве случаев на серийных кузнечных индукционных нагревателях типа КИН и установках типа ИК мощностью от 250 до 750 кВт и частотой тока 1000, 2400 и 10000 Гц. Производительность этих нагревателей достигает 2 Т/ч. Заготовки перемещаются с помощью толкателя, который, совершая возвратно-поступательные движения, продвигает их из лотка механизма загрузки в индуктор. Нагреватель обычно состоит из одного нагревательного блока. При больших производительностях нагреватель состоит из ряда, выставленных по одной линии, типовых нагревательных блоков, содержащих конденсаторы, несколько секций индуктора, тянущие ролики с их приводом, элементы системы охлаждения. Заготовки непрерывно продвигаются с помощью тянущих роликов через нагреватель. Такие нагреватели будем называть проходными, которые можно рассматривать как частный случай нагревателей непрерывного действия.
Среди нагреваемых заготовок широко распространены цилиндрические заготовки, для нагрева которых чаще всего используются цилиндрические нагреватели (могут быть использованы и другие нагреватели, например, индукционные печи карусельного типа), рассматриваемые далее.
При больших производительностях нагреватель является, как правило, проходным. Приведем примеры, в которых использу-

Температура Т<р определяется из уравнения
с„„С(Т„ 1-m)v- (тф 1-г73)4■<тФ-тв)/ят (2.4о)
Левая часть 2.40 есть плотность потока излучения нагретой заготовки. Приведенный коэффициент излучения
спр = CS / С + Z)7 ( ~ * ^ ’ (2.41)
где ~ 5,7. Ю-"^ Вт/(см^.К^) - коэффициент излучения абсолютно черного тела; и £г - коэффициенты черноты поверхности заготовки и внутренней поверхности футеровки.
Для стальной заготовки £1 ~ 0,8, для футеровки из шамотной керамики £ * 0,8.
Приближенное решение (2.40) имеет вид:
Тср^П _ Ч-Н[Пп+т/(Тв+2П) -47 7п+212 ~ 2 (2+Н) ' (2.42)
где Н ~ (Тд +гп)1с„ркт (т„ +т)4.
2.4. Модель стационарного режима проходного нагревателя
Ставится задача - отыскать стационарное распределение температуры в системе, показанной на рис.2.2, при непрерывном движении заготовок со скоростью V , постоянных напряжениях обмоток U и заданном распределении температуры в начальном сечении рассматриваемого участка загрузки. Предположим сначала, что система в электрическом смысле линейна. Тогда значения импедансов элементов не зависят от Fe и их начальные значения будут и конечными. В результате после первого обращения к подпрограмме SU&khN внешняя электрическая задача будет решена, и будет найдено искомое распределение по элементам загрузки и распределение внутренних источников тепла. Остается решить только тепловую задачу. Но стационар-