Повышение энергоэффективности нестационарных режимов индукционных нагревателей методического действия

• Автор: Мостовой, Алексей Павлович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Современное состояние и проблемы моделирования и управления индукционным нагревом металла перед обработкой на деформирующем оборудовании

1.1 Современное состояние вопроса

1.2. Состояние проблемы управления ИНУ

2. Математическая модель процесса нагрева металла в индукционном нагревателе методического действия

2.1. Постановка задачи моделирования и выбор метода решения

2.2. Конечно-элементная модель электромагнитного поля

2.4. Конечно-элементная модель расчета тепловых полей

3. Расчет нестационарных режимов нагрева металла в двухсекционной установке методического действия

3.1. Алгоритм расчета нестационарных режимов

3.2. Расчет нестационарных режимов двухсекционного индукционного нагревателя методического действия
3.2.1 Алгоритм пуска нагревателя из «холодного» состояния без учета ограничения на мощность источника питания
3.2.2 Алгоритм пуска нагревателя с учетом ограниченной мощности источника питания
3.2.3 Алгоритм пуска нагревателя с предварительным переводом второй секции нагревателя в режим термостатирования
3.2.4 Алгоритм пуска нагревателя из режима термостатирования обеих секций
3.2.5 Алгоритм пуска нагревателя с балластными заготовками во второй секции
3.2.6 Алгоритм пуска нагревателя с балластными заготовками во второй секции и одной балластной заготовкой в первой секции
3.3 Анализ эффективности алгоритмов управления переходными режимами
3.3.1 Алгоритм пуска нагревателя из «холодного» состояния без учета ограничения на мощность источника питания
3.3.2 Алгоритм пуска нагревателя с учетом ограниченной мощности источника питания
3.3.3 Алгоритм пуска нагревателя с предварительным переводом второй секции нагревателя в режим термостатирования
3.3.4 Алгоритм пуска нагревателя из режима термостатирования обеих секций
3.3.5 Алгоритм пуска нагревателя с балластными заготовками во второй секции
3.3.6 Алгоритм пуска нагревателя с балластными заготовками во второй
секции и одной балластной заготовкой в первой секции
Реализация алгоритмов и системы управления двухсекционного индукционного нагревателя
4.1 Линеаризованная математическая модель индукционного нагрева системы ограниченных цилиндров
4.2 Структурное представление процесса методического нагрева системы ограниченных цилиндров внутренними источниками тепла
4.3 Реализация системы автоматического управления нагревом
Библиографический список
Приложения
Приложение
Приложение
Введение

Актуальность проблемы
В металлургической и машиностроительной промышленности для нагрева заготовок из сплавов черных и цветных металлов перед обработкой на деформирующем оборудовании широко применяются
высокопроизводительные индукционные нагревательные установки периодического и методического действия. Установки для нагрева под пластическую обработку имеют ряд особенностей. Во-первых, они являются частью технологического комплекса, поэтому режим их работы должен быть строго согласован с режимом работы последующего по технологической цепи деформирующего оборудования. Во-вторых, в отличие от нагрева под термообработку, здесь большое значение имеет конечное распределение температуры по объему заготовки, так как это сказывается на качестве готового изделия.
В процессе эксплуатации технологической линии «методический нагреватель — деформирующее оборудование» возникает необходимость первоначального запуска нагревателя в работу или вывода нагревателя на установившийся режим нагрева из режима термостатирования или после кратковременных остановок. Опыт работы машиностроительных производств показывает, что в течение рабочей смены происходит от трех до пяти плановых остановок оборудования различной длительности. Простои деформирующего оборудования приводят к снижению экономических показателей работы. В связи с этим важной задачей управления индукционными нагревателями в нестационарных режимах является снижение энергозатрат, вызванных наличием некондиционных заготовок в процессе выхода индукционного нагревателя на установившийся режим.
При методическом нагреве ферромагнитных заготовок под пластическую деформацию задача моделирования процесса нагрева в пусковых режимах усложняется существенно нелинейной зависимостью распределения
д ( 1 д _| ' 1 эа"
дг у Я- З'У дг 1/“г

Уравнение для осесимметричной задачи записывается в виде[47]:
-1ш§А ]сгор. (2.15)
Здесь, значения магнитной проницаемости ц2 и цг и электропроводности g принимаются постоянными для каждого расчетного блока. Для осесимметричной задачи сторонняя составляющая тока принимается обратно пропорциональной радиусу для каждого расчетного блока.
Источники поля задаются в форме поверхностной, объемной плотности тока или в форме напряжения, приложенного к проводникам. Задание источников осуществляется в отдельных вершинах, на ребрах или блоков модели.
В осесимметричной задаче источник тока задается в тонком кольцевом проводнике перпендикулярном плоскости модели. Плотность тока определяется заданием граничного условия Неймана.
Пространственно-распределенный ток можно задать несколькими способами [5, 27, 34, 100]. В плоской задаче падение напряжение задается на единицу глубины модели, в осесимметричном случае имеется в виду напряжение на один виток проводника. Ненулевое напряжение, приложенное к проводнику в осесимметричной задаче означает, что проводник имеет радиальный разрез, к противоположным сторонам которого приложено напряжение. На практике эту возможность удобно применять для описания известного напряжения, приложенного к кольцевой обмотке с массивными проводниками. В этом случае реальное напряжение на зажимах обмотки следует разделить на число ее витков.
Совместно с результатами электромагнитного анализа проводится тепловой расчет.