Разработка конструкции и методики расчета системы двухконтурного охлаждения электропроводящих тиглей вакуумных индукционных печей

• Автор: Кабалин, Егор Иванович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Аннотация
В диссертационной работе проведен анализ конструкции холодного тигля вакуумной индукционной печи, рассмотрены вопросы, связанные с режимами его работы, энергетическим балансом, основными преимуществами и недостатками. Особое внимание уделено технико-экономическим показателям (расход воды на охлаждение холодного тигля) и вопросу безопасной работы плавильного узла. Подробно рассмотрена проблема водоохлаждения тигля и предложен вариант по изменению конструкции системы охлаждения с одноконтурной на двухконтурную, работающую по принципу тепловой трубы. В связи с этим разработана методика расчета тепловой трубы с учетом особенностей работы вакуумной индукционной печи с холодным тиглем. На основе предложенной методики проведены расчеты и экспериментальные исследования, подтверждающие ее адекватность. По итогам экспериментальных исследований:
- разработана инженерная методика расчета двухконтурных систем охлаждения по принципу тепловой трубы для холодного тигля;
- предложены оригинальные конструкции двухконтурной системы охлаждения холодного тигля вакуумной индукционной печи, защищенные патентом РФ на полезную модель.
- разработано техническое предложение на создание двухконтурной системы охлаждения для индукционной установки мощностью 160 кВт, предназначенной для плавки металлов с температурой плавления до 2000 °С.
- рассмотрены вопросы дальнейшего совершенствования и применения предложенных конструкций и методики расчета.

Оглавление
Введение
Глава I. Применение систем двухконтурного охлаждения работающих по принципу тепловой трубы
1.1. Индукционные печи с холодным тиглем
1.1.1. Основные понятия и область применения ИПХТ
1.1.2. Физические и технологические особенности плавки в ИПХТ
1.1.3. Энергетический баланс ИПХТ
1.2. Классификация систем водоохлаждения в электротермических установках
1.3. Развитие, область применения и конструкции ТТ
1.4. Применение ТТ в электротехнике
1.5. Применение ТТ в электротермии
1.6. Задачи диссертационной работы
Глава II. Особенности применения двухконтурной системы охлаждения по принципу ТТ в ХТ индукционной вакуумной печи
2.1. Постановка задачи
2.2. Особенности конструкции системы двухконтурного охлаждения на основе ТТ
2.3. Особенности работы тепловой трубы в индукционных системах
2.4. Процесс теплопереноса в ТТ с учетом особенностей работы ИПХТ
2.5. Выводы по главе И
Глава III. Экспериментальные исследования теплотехнических характеристик холодного тигля с двухконтурным охлаждением
3.1. Постановка задачи
3.2. Описание экспериментального стенда и состава оборудования
3.3. Разработка методики экспериментальных исследований
3.4. Эксперимент

3.5. Результаты эксперимента
3.6. Сравнительный анализ полученных данных
3.7. Выводы по главе III
Глава IV. Инженерная методика расчета систем двухконтурного охлаждения,
работающего по принципу ТТ в индукционных печах с холодным тиглем
4.1. Постановка задачи
4.2. Разработка алгоритма инженерной методики по итогам теоретических
и экспериментальных исследований
4.3. Исходные данные для расчета
4.3.1. Конструкция системы охлаждения
4.3.2. Теплоноситель
4.3.3. Энергетический баланс секции ИПХТ
4.4. Расчет системы двухконтурного охлаждения для ХТ
4.5. Анализ результатов расчета
4.6. Апробация методики расчета
4.7. Варианты конструкции двухконтурной системы охлаждения ХТ вакуумной индукционной печи
4.8. Выводы по главе IV
Заключение
Список литературы

2.2. Особенности конструкции системы двухконтурного охлаждения на основе ТТ.
Конструктивное исполнение системы двухконтурного охлаждения (тепловой трубы) определяется начальными условиями, т.е. рабочими условиями (отводимый тепловой поток, рабочая температура, габаритный размер и т.д.).
После определения рабочих условий определяется сама конструкция, форма и т.д. Тепловая труба состоит из 4-х компонентов:
• Герметичная трубка (обычно цилиндрическая) - рабочий объем фазового перехода жидкости.
• Фитиль - приспособление, располагающееся в объеме трубки и увеличивающее интенсивность процесса теплообмена.
• Теплообменник - вторичный контур охлаждения, который вместе с верхней частью трубки обеспечивает конденсацию теплоносителя.
• Теплоноситель - жидкость отводящая тепло.
Основная идея использования двухконтурного охлаждения в ХТ при постановке задачи заключалась в использовании секции ХТ как объема для тепловой трубы, поэтому в качестве рабочего объема будет использованы медные трубки арочного профиля, из которых обычно и состоит тигель.
Фитиль тепловой трубы имеет несколько назначений: обеспечение каналов для возврата жидкости из конденсатора в испаритель, обеспечение площади пор на поверхности раздела фаз для создания капиллярного давления, необходимого для перекачивания жидкости, улучшение передачи тепла теплопроводностью от внутренней стенки корпуса к поверхности раздела жидкость -пар. Обычно он применяется в системах с затрудненным возвратом теплоносителя из зоны конденсации и представляет собой различные конструкции (рис. 16), поэтому в условиях вертикальной тепловой трубы, т.е. когда возврат теплоносителя происходит под действием гравитационных сил, применение фитиля возможно избежать.