Исследование электронагрева коаксиальных цилиндров в индукционных установках трансформаторного типа

• Автор: Хацевский, Константин Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Павлодар, Новосибирск
• Количество страниц: 135 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава I. Современное состояние и перспективы исследования электронагрева жидкостей и газов в электротехнологиях и системах теплоснабжения
1.1. Постановка задачи
1.2. Анализ использования индивидуальных систем нагрева жидкостей и газов для теплоснабжения
1.3. Системы нагрева жидкостей на основе использования теплоэлектронагревателей
1.4. Плоские нагревательные элементы
1.5. Индукционные нагревательные системы жидкостей
и газов
1.6. Выводы
Глава II. Обобщенный анализ индукционных установок трансформаторного типа с коаксиальными цилиндрами
2.1. Постановка задачи
2.2. Магнитная схема замещения индукционной системы с коаксиальными цилиндрами
2.3. Анализ электромагнитных взаимосвязей в системе нагрева
с коаксиальными цилиндрами
Глава III. Электромагнитные процессы в системе коаксиальных цилиндров
3.1. Постановка задачи
3.2. Исследование выделения энергии во внутреннем и наружном цилиндрах коаксиальной системы цилиндров

Глава IV. Исследование электромагнитных процессов в системе коаксиальных цилиндров индукционных установок трансформаторного
типа
4.1. Постановка задачи
4.2. Математическая модель электромагнитных процессов в системе коаксиальных цилиндров и индуктора
4.3. Расчет системы нагрева и обсуждение результатов
Глава V. Исследование тепловых полей коаксиальных цилиндров индукционного нагревателя трансформаторного типа
5.1. Постановка задачи
5.2. Моделирование температурного поля по толщине коаксиальных цилиндров
5.3. Моделирование температурного поля по длине системы коаксиальных цилиндров
5.4. Экспериментальные исследования температурных полей коаксиальных цилиндров индукционных нагревателей
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Индукционные низкотемпературные нагреватели жидкостей и газов с использованием ферромагнитных свойств одиночных полых цилиндров, нагреваемых с наружной стороны, были созданы как у нас в стране, так и за рубежом в середине 70-х годов. Эффективность таких систем нагрева на рассматриваемый период развития техники оказалась достаточно высокой, так как удалось использовать для питания установок токи промышленной частоты и обеспечить удовлетворительные технико-эксплуатационные показатели. Это привело к широкому распространению индукционных установок прежде всего в химической промышленности для создания низкотемпературных реакторов различного назначения. Эта научная проблема была впервые поставлена и решена А.Б.Кувалдиным. Однако сложность процессов преобразования электрической энергии в тепловую в ферромагнитных цилиндрах позволила использовать известную аналитическую теорию только для расчета нагрева одиночного ферромагнитного цилиндра, а создание промышленного оборудования проводилось на основе целевых результатов, получаемых методом планируемых экспериментов для заранее заданного диапазона параметров системы нагрева. В этот же период развития низкотемпературных индукционных систем нагрева ферромагнитных загрузок были развиты численные методы расчетов с формализацией кривых намагничивания. Эти работы показали перспективность и актуальность развития индукционного низкотемпературного направления электротехнологий для нагрева жидкостей и газов.
В конце 80-х и 90-х годах группой исследователей под руководством А. И. Елшина был разработан новый тип нагревателей жидко-

ментом служит наружная стенка корпуса, являющаяся одновременно и частью магнитопровода для рабочего магнитного потока. Путь магнитного потока лежит по наружной стенке 1, внутренней стенке 2, торцевым крышкам 5, образующим герметичную полость, в которой помещена первичная обмотка индуктора 3 (рис. 1.4). В качестве магнитопровода дополнительно используются продольные ребра 4 и для выводов обмотки 6 стальная труба 7, на которой закреплены грузоподъемные крюки 8. При функционировании нагревателя обеспечивается вытеснение электромагнитного поля на внутреннюю поверхность наружной стенки, что повышает, по мнению авторов, естественный коэффициент мощности.
К недостаткам устройства относится напряженное тепловое состояние первичной обмотки 3 в замкнутой полости магнитопровода, требующее повышенного класса теплоизоляции провода, а, следовательно, и удорожания устройства. Достижение коэффициента мощности, близким к единице, недостижимо ввиду повышенного индуктивного внутреннего сопротивления.
Следующий тип устройств имеет раздельное функционирование магнитопровода и вторичной обмотки, представляющей собой змеевик из электропроводящей трубы, и может быть назван с раздельным магнито-проводом и вторичной обмоткой (рис. 1.5). В последние два десятилетия этому направлению посвящена основная масса патентов и разработок в области индукционного электронагрева в быту, из которых можно выделить работы французских и английских ученых [52-53].
В работе [54, 55] отмечается перспективность применения индукционных нагревателей с магнитопроводом из электротехнической стали. Индукционный нагреватель создается на основе стандартного силового трансформатора, в котором магнитопровод и первичная обмотка остаются без изменения. Вторичная обмотка выполнена из стальной трубы диаметром 18/16 мм с числом витков - 16 и замкнута накоротко, в которой