Разработка индукционных устройств с двухслойным расположением индуктирующих проводников для нагрева плоских металлических изделий в поперечном магнитном поле

• Автор: Кузнецов, Дмитрий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. КОНСТРУКЦИИ, ХАРАКТЕРИСТИКИ

И МЕТОДЫ РАСЧЕТА УСТРОЙСТВ ДЛЯ НАГРЕВА В ПОПЕРЕЧНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

1.1. Способы индукционного нагрева плоских

металлических изделий

1.2. Анализ работ в области исследования и расчета устройств для нагрева плоских металлических изделий в ПМП

1.3. Области применения индукционного нагрева в ПМП

1.4. Анализ факторов, влияющих на процесс нагрева

1.5. Анализ методов расчета

1.5.1. Аналитические методы решения
1.5.2. Численные методы решения
1.6. Задачи, решаемые в диссертации
Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
НАГРЕВА ПЛОСКИХ ЗАГРУЗОК В ПМП
2.1. Постановка задачи
2.2. Математическая модель электромагнитного процесса
2.3. Методика работы с пакетом программ Машей
2.4. Математическая модель для расчета параметров поля, распределения индуцированных токов и температуры в загрузке
по методу конечных элементов
2.4.1. Математическая модель для расчета параметров поля применительно к двумерным задачам
2.4.2. Математическая модель для расчета распределения токов, индуцированных в загрузке применительно к двумерным задачам
2.4.3. Математическая модель для расчета температурного поля применительно к двумерным задачам

2.4.4. Математическая модель для расчета трехмерных задач
2.5. Выводы по главе
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТОМАГНИТНЫХ И ТЕПЛОВЫХ
ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА
3.1. Задачи исследования
3.2. Геометрия исследуемого усгройства и исходные данные
для расчета
3.3. Исследование процесса нагрева изделия в ПМП и определение оптимальных конструктивных соотношений устройства
3.4. Определение зависимостей электрического КПД от частоты
3.5. Определение зависимостей равномерности нагрева изделия и электрического КПД устройства от шага индуктора
3.6. Определение зависимостей КПД устройства от значения воздушного зазора
3.7. Модернизация конструкции для возможности нагрева изделий разной ширины и анализ ее влияния на эффективность нагрева
3.8. Расчет температурного поля в нагреваемом изделии
3.9. Рекомендации по использованию результатов исследований
3.10. Выводы по главе
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
НАГРЕВА ПЛОСКИХ ИЗДЕЛИЙ
4.1. Цель исследования и описание лабораторного стенда
4.2. Согласование источника питания с нагрузкой и
подготовка к проведению исследований
4.3. Методика проведения экспериментов
4.4. Исследование индукционного процесса нагрева изделий
4.4.1. Определение температурного поля в нагреваемом изделии
4.4.2. Определение энергетических показателей нагрева
4.4.3. Оценка тепловых потерь с поверхности изделия
4.5. Проверка адекватности разработанных математических моделей

4.6. Исследование комбинированного индукционно-инфракрасного процесса нагрева изделий
4.7. Исследование процесса нагрева изделий разной ширины
4.8. ПрограммаОиефШ
4.9. Рекомендации по использованию результатов эксперимента
4.10. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

гда задняя часть находится в середине и под первым индуктором. Для каждого из вариантов было рассчитано распределение вихревых токов, а также электрический КПД установки, который находился в пределах 70 - 85 % в зависимости от положения загрузки относительно индуктора.
Установка с аналогичной геометрией для термообработки тонких листов золота и серебра рассчитывались в Техническом университете г. Падуа (Италия) [7]. Электрический КПД такой установки составляет также порядка 80 %.
При этом следует также отметить, что рассмотренные устройства предназначены для нагрева плоских изделий определенной ширины, исходя из которой оптимизируется геометрия индуктора. Нагрев изделий меньшей или большей ширины приведет соответственно к перегреву или недогреву краев изделия, что снизит равномерность нагрева. Данное обстоятельство является недостатком рассмотренных выше устройств. Для возможности проведения равномерного нагрева изделий различной ширины одним устройством необходимо применение другой конфигурации индуктора, один из вариантов которой описывается в главе 3.
1.3. Области применения индукционного нагрева в поперечном
магнитном поле
Рассмотрим основные области, в которых индукционные установки для обработки плоских металлических изделий в поперечном электромагнитном поле нашли наиболее широкое применение:
• Индукционный способ нагрева при термообработке деталей позволяет обеспечить заданную технологию режима нагрева. Высокие скорости нагрева обычно не влияют отрицательно на процесс термообработки, наоборот, в ряде случаев с увеличением скорости нагрева качество изделия повышается. Этому способствует образование мелкого зерна. Индукционный нагрев позволяет увеличить пластичность стали путем создания специального технологического режима, который предусматривает быстрый нагрев в критических температурных интервалах (300 - 400 °С, 500 - 550 °С), что способствует предупреждению развития вредных процессов, приводящих к хрупкости.