Исследование и проектирование вибростойкой конструкции индукторов прямоугольной формы

• Автор: Каримов, Дамир Айдарович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 113 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Особенности индукционного нагрева тел прямоугольной формы

1.2. Содержательная постановка задачи исследования

1.3. Выводы по главе

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМЕ “ИНДУКТОР-ЗАГОТОВКА”

2 Л. Идентификация задачи и выбор метода решения

2.2. Электромагнитные процессы в системе прямоугольного индуктора и заготовки

2.3. Электродинамический расчет индуктора

2.4. Выводы по главе

3. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИБРОСТОЙКОГО ИНДУКТОРА

3.1. Особенности динамического расчета прямоугольных индукторов

3.2. Нормирование шума и виброакустическая защита индукционных нагревателей
3.3. Расчет вибрационных характеристик индуктора
3.3. Расчет акустических характеристик индуктора
3.4. Задачи оптимального проектирования конструкций индукционных нагревателей прямоугольного сечения
3.4.1. Оптимизация оболочки индуктора
3.4.2. Упрощенная методика расчета виброакустических параметров индуктора
3.5. Выводы по главе
4. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИБРОЗАЩИЩЕННЫХ ИНДУКТОРОВ
4.1. Алгоритм оптимального проектирования виброзащищенных индукторов
4.2. Вариант вибростойкого индуктора
4.3. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Актуальность проблемы. Современное развитие ведущих отраслей тяжелой промышленности неразрывно связано с возрастающим применением электротермических процессов и установок. Переход на электронагрев, при правильном его применении, как правило, позволяет экономить первичное сырье и энергию, сокращать трудоемкость производства и эффективно решать экономические проблемы. К преимуществам электротермических установок, и в частности индукционных, следует также отнести высокий КПД, экономичное использование деформирующего оборудования, гибкость в управлении и высокий уровень автоматизации.
Однако, на пути реализации преимуществ индукционного метода нагрева крупногабаритных тел прямоугольного сечения (в первую очередь слябов и блюмов), возникает ряд принципиальных проблем и трудностей, которые препятствуют внедрению данной технологии в металлургическое производство. Сюда, прежде всего, относятся проблемы обеспечения заданной равномерности и качества нагрева, снижение расхода электроэнергии, получение высоких эксплуатационных характеристик. Многие из перечисленных проблем нашли свое отражение в многочисленных научных публикациях в нашей стране и за рубежом.
Наиболее острой остается проблема надежности индукторов, связанная с задачей разработки вибропрочного и малошумного технологического оборудования, остается практически не решенной. Слабая изученность электродинамических и виброакустических процессов в системах индукционного нагрева слитков прямоугольного сечения, отсутствие эффективных методов динамического расчета индукторов становится сдерживающим фактором при их проектировании и промышленном освоении, требует длительных, трудоемких и дорогостоящих натурных испытаний и экспериментов.
Если в плавильных печах электродинамические силы могут улучшить перемешивание жидкого металла, то при индукционном нагреве под деформацию механическое проявление электромагнитной энергии играет резко отрицательную роль, так как возникает проблема устойчивости конструкций индукторов против вибраций, возникающих под действием электродинамических сил. Особенно остро эта проблема проявляется при индукционном нагреве прямоугольных тел, в частности, крупных слябов на промышленной частоте, когда необходимо принимать во внимание малую устойчивость прямолинейных участков обмотки индуктора, так как в индукторах для нагрева цилиндрических заготовок отсутствуют условия для возникновения значительных вибраций (круглое поперечное сечение обладает большой естественной жесткостью). Причем суть проблемы представляет не механическая прочность медной трубки индуктора, поскольку возникающие напряжения изгиба гораздо меньше допустимых для меди, а сильная вибрация и сопровождающий ее шум, которые, если не принимать специальных мер, значительно превышают санитарные нормы для производственных помещений.
Поэтому, несомненно, актуальными и своевременными являются вопросы:
• разработки методов расчета электродинамических и виброакустических характеристик устройств индукционного нагрева крупногабаритных слитков прямоугольного сечения;
• разработки эффективных алгоритмов оптимального проектирования нагревателей в аспекте их виброакустической защиты;
• разработки рекомендаций и предложений, которые можно использовать уже на стадии проектирования индукционных установок.
Поставленные выше задачи решаются в диссертационной работе применительно к индукционному нагреву немагнитных слитков на промышленной частоте, поскольку именно для данного типа установок вопросы изучения электродинамических и виброакустических процессов являются наиболее актуальными.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы являются создание индукционных установок, обладающих оптимальными виброакустиче-

тах диссипации энергии и трения в местах соединения различных конструктивных узлов индукционной установки друг с другом и с элементами вспомогательных механизмов. Здесь обычно применяются материалы с высоким коэффициентом внутреннего трения: резина, асбест, битум, пробка и т.п. Наиболее существенно действие виброизоляций на высокочастотные колебания (100 Гц и выше). Термин "высокочастотные колебания" для частот 100 Гц употребляется в строительной механике, в отличие от акустической терминологии. Практика подтверждает необходимость виброизоляции крупнотоннажных индукционных печей промышленной частоты для нагрева слябов как средства, ослабляющего передачу структурного шума и механических вибраций.
Теоретически виброизоляция возможна с применением различных видов виброизоляторов: резиновых, пружинных, рессорных и комбинированных. Виброизоляторы из резины хорошо демпфируют колебания высокой частоты, но имеют ограниченные эксплуатационные ресурсы, т.к. со временем (4-5 лет) они теряют свои амортизирующие свойства и разрушаются под действием высокой температуры, различных агрессивных реагентов, находящихся в окружающей среде. Использование пружинных виброизоляторов предпочтительнее с точки зрения эксплуатационных качеств, но высокочастотные вибрации могут распространяться по пружине, вызывая звукоизлуче-ние самими пружинными виброизоляторами, поэтому их применяют, как правило, для частот внешних силовых воздействий 10-50 Гц.
Заметим, что при установке крупнотоннажного индуктора на виброизоляторы не следует ожидать существенного ослабления шума, излучаемого самим индуктором, поскольку, во-первых, он имеет значительную площадь излучающей поверхности, а во-вторых, виброизоляция может привести даже к некоторому увеличению амплитуды вибраций самого индуктора, особенно при недостаточной жесткости виброизоляторов. Поэтому после проведения технических мероприятий по виброизоляции индукционной печи снижается шум в подвальных и соседних помещениях, а также уменьшается корпусная