Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Заготовки, находящиеся на наклонномнакопительном лотке 3, скатываются до упора. Угол наклона и упорлотка регулируют таким образом, чтобы нижняя заготовкасамостоятельно устанавливалась соосно с индуктором 4. Приподаче очередной холодной заготовки в индуктор с помощьютолкательного устройства 2 нагретая заготовка 5 выпадает на лоток.Заданный темп подачи заготовок осуществляется при помощиэлектропневматического крана 1, управляемого реле времени.Необходимый для работы толкателя сжатый воздух поступает отзаводской магистрали по трубопроводу 6.В индукторе одновременно находится несколько заготовок.Длина индуктора, число заготовок в нем и скорость ихперемещения выбираются таким образом, чтобы заготовки навыходе из индуктораимели ковочную температуру иопределенный перепад температур между поверхностью заготовкии центром ее.
Рекомендуется в индукторе размещать не менее трехзаготовок, что обеспечит практически неизменность электрическогорежима нагревателя в момент загрузки холодной заготовки.Продолжительность (сек) нагрева одной заготовки в методическомнагревателе τ = n*t (n - число заготовок в индукторе; t - времяпроталкивания одной заготовки).Методические нагреватели имеют более высокий КПД (на 1015%) и производительность, чем периодические.Для увеличения коэффициента мощности (cos ϕ) при сквозномнагреве параллельно с каждым индуктором к источнику токаподключают батарею конденсаторов, реактивная мощностькоторых в 10-15 раз больше активной мощности индуктора.Для получения токов повышенной частоты применяютмашинные и терристорные преобразователи.
При нагреве токамипромышленнойчастотыиндукторподключаютлибо111непосредственно к электросети промышленной частоты, либо черезпонижающий трансформатор.7.3 Расчет индуктора для нагрева круглых заготовокОсновной элемент индукционной установки. Изготовляют измедных трубок в виде спиралей круглого, прямоугольного иликвадратного сечений, футеровки, направляющей и распределительных колодок водяного охлаждения.В подавляющем большинстве случаев индуктирующий проводвыполняют в виде многовитковой спирали с окном в формеокружности, прямоугольника или овала.В зависимости от направления магнитного потока,создаваемого спиралью индуктора относительно оси нагреваемыхзаготовок, нагрев производят в продольном или поперечноммагнитном поле. Если направление магнитного потока совпадает сосью заготовок, то нагрев считается в продольном поле, еслимагнитный поток перпендикулярен к оси заготовки, то принятосчитать что нагрев производится в поперечном поле (рисунок 67).При нагреве в поперечном магнитном поле время нагревавозрастает в 1,5 - 2,0 раза.
Наибольшее распространение получилииндукторы цилиндрические, более универсальные, позволяющиенагревать в продольном поле заготовки круглого, квадратного иболее сложного сечений.Для увеличения стойкости индуктора и уменьшения потерьтеплоты нагреваемой заготовки внутреннюю поверхность катушкииндуктора покрывают теплоизоляцией. Значительное увеличениезазора между внутренней поверхностью индуктора и заготовкойснижается КПД установки.
Поэтому слой изоляции не должен бытьболее 15-20 мм, а внутренний диаметр катушки на 35 - 50 ммбольше диаметра заготовки.Толщина стенок трубок индуктора должна быть большеглубины проникновения тока в медь: δ>1,6∆м.Частота тока должна быть такой, при которой обеспечивался бынаибольший КПД установки:η= ηт * ηэл ,(7.5)где ηт и ηэл -соответственно термический и электрическийКПД.112абРисунок 67 - Нагрев прямоугольных, круглых и квадратныхзаготовок: а-в продольном; б-в поперечном магнитном полеТермический КПД учитывает потери электроэнергии черезтепловую изоляцию индуктора и излучением увеличением череззагрузочные и разгрузочные отверстия. При толщине изоляции 15 20 мм ηт = 0,85-0,90.Электрический КПД учитывает потери энергии в самоминдукторе; hэл индукционного нагревательного устройстваувеличивается с повышением частоты. В нагреве цилиндрическихзаготовок КПД достигает максимального значения при такойчастоте тока, когда отношение диаметра заготовки dзаг к глубинепроникновения тока (М) составляет 3,0 - 6,0.Исходными данными для расчета индукционных нагревателейявляется:1) размеры заготовок dз(a2): lз;2) производительность кузнечно-штамповочного оборудования.
Частота тока выбирается по нормалям в зависимости отразмера заготовки.Время нагрева определяется по общемашиностроительнымнормативам в зависимости от толщины заготовок и частоты тока.Мощность генератора Рген = G*Wудгде Wуд = 0,4 - 0,5 кВт*ч/кг - средний удельный расход энергии.113По величине Pген выбирается стандартный тип генератора.В зависимости от числа заготовок одновременно нагреваемых виндукторе и размеров заготовок рассчитываются размерыиндукторов.dн = dз + (25 - 50)(7.6)aн = aз + (25 - 50),(7.7)где (25 - 50)мм - зазор между заготовкой и внутреннейповерхностью витка индуктирующего провода, необходимый дляразмещения футервоки тепловой и электрической изоляции.Длина индуктора методического действия определяетсяlн = (n*lа + ∆l)<1,2 м,(7.8)где ∆l = (1÷2)dн - некоторое увеличение длины, длякомпенсации краевого эффекта.Если длина индуктора по расчету получается больше 1,2 м, тонеобходимо установить два индуктора, т.е.
применить двухручьевуюиндукционную установку.Длина индуктора периодического действияl = lзн + ∆l,(7.9)где lзн - длина нагреваемой части заготовки. В случаенепрерывного перемещения длинных штанг, длина определяется:l1 =v*τ +∆l,(7.10)где v - скорость перемещения штанги, определяется взависимости от производительности штампового оборудования;τ - время нагрева.Пример: Рассчитать и определить основные размеры индуктораметодического действия для нагрева круглых заготовок подштамповку, если производительность молота (пресса) G = 90 шт.ч.Размеры заготовок: dзаг = 75 мм, lзаг = 200 мм, масса g = 6,9 кг,материал - сталь 45, температура нагрева t = 1250`C, допустимыйперепад температур по толщине заготовки ∆ t<1000C.Частоту тока выбираем по таблице равной 2500 Гц.Продолжительность нагрева (t) заготовки диаметром 75 мм причастоте тока 2500 Гц и перепаде температур до 1000C по графикуприведенному на рис.64 (кривая 2), составляет 180с.Внутренний диаметр индуктораQинд = (1,3 - 2,0)dзаг = 1,6 *7,5 = 12 см114Зазор между тепловой изоляцией и заготовкой равен 0,5 см;dиз = dзаг + 2 *0,5 = 7,5 + 1,0 = 8,5 см.Толщина тепловой изоляцииSиз = 0,5(dинд - dиз) = 0,5 (12 - 8,5) = 1,75 см.Длина спирали индуктора обуславливается требуемой производительностью установки и продолжительностью нагрева заготовок.При часовой производительности G = 90 шт/ч, темп выдачизаготовок 3600: 90 = 40 с.Число заготовок одновременно подаваемых в индуктор, при t =180 с: n = 180 : 40 = 5.Длина спирали индуктора:lинд = nlзаг + ∆lинд = 5*20 + 1,2*12 = 1150 мм.Для устранения краевого эффекта рассеяния магнитного потокадлина индуктора увеличивается на ∆ lинд = (1÷2)dинд.Полезная мощность индуктора для нагрева заготовок доковочной температурыРзаг = 840 ((n*gзаг)/τ) = 840 (5*6,9)/180 = 161 кВт.7.4 Преимущества и недостатки индукционного нагрева1 Большая скорость нагрева вследствие выделения тепловойэнергии непосредственно в нагреваемом объекте.
Так, например,заготовка из стали 40 диаметром 100 мм нагревается в 2,5 разабыстрее, чем в печи. При уменьшении диаметра заготовки разница вскоростях нагрева возрастает в 5 - 10 раз.2 Значительное уменьшение окалинообразования, которое составляет 0,5 - 0,8 % от массы нагреваемого металла, против 2 - 4 %при нагреве в пламенных печах. Практически отсутствуютобезуглероживание.
Можно считать, что при индукционном нагревеокалинообразования и обезуглероживание в основном происходит нев процессе нагрева, а в процессе транспортировки заготовки и еедеформирования.3 Снижение окалинообразования уменьшает износ штампов. Засчет чего повышается точность поковок и на 10-20% стойкостьпрессовых штампов.4 Облегчаются условия механизации и автоматизации технологического процесса штамповки.5 Индукционный нагреватель входит в режим гораздо быстрее,чем пламенная печь.1156 Исключительно важное преимущество индукционного нагрева- улучшение условий труда в кузнечно-штамповочных цехах.
Так,из-за больших теплоотдающих поверхностей пламенных печей,температура на рабочем месте штамповщика достигает 500C, что нетолько снижает производительность труда, но и приводит кпрофессиональным заболеваниям.7 С экономической точки зрения индукционный нагрев имеетнеоценимые преимущества перед пламенным.К числу основных недостатков можно отнести следующие:1 Значительные капитальные затраты на основное оборудование:преобразователи частоты, станции управления, кабельное хозяйство,нагреватели и конденсаторы. Разница в капитальных затратах напечной и индукционный нагрев зависит от сечения нагреваемыхзаготовок и с увеличением размеров заготовок уменьшается, так какстоимость постройки крупных стационарных печей становитсясоизмеримой со стоимостью индукционной установки.2 Диапазон размеров заготовок, нагреваемых в пламенных печах.Значительношире,чемвиндукционныхнагревателях,использующих данную частоту тока.
Если в обычной камерной печис площадью пода можно нагревать заготовки до 150-200 мм вдиаметре, то при индукционном нагреве таких заготовок потребуется как минимум три преобразователя на частоты тока 10 000,1500 и 1000 Гц и три различных нагревателя.3 В технологических циклах кузнечно-штамповочногопроизводства часто необходим нагрев или подогрев полуфабрикатовпоковок сложного профиля, которые нельзя изготовить при одномнагреве.
В этих случаях индукционный способ можно применитьтолько для нагрева заготовок типа стержней с головками.7.5 Электроконтактный нагрев металловСущность этого способа нагрева заготовок состоит в использовании теплоты, выделяемой при протекании электрического тока непосредственное по заготовке.
Это количество теплоты Q (Дж)согласно закону Джоуля-Ленца, прямо пропорционально квадратусилы тока 1, сопротивлению R металла и времени t:Q = 0,24 l2Rt.(7.11)На рисунке 68 показаны схемы электроконтактного нагрева.Стальную заготовку 2 зажимают в контактах 1 с определеннымдавлением и затем пропускают по ней ток (постоянный или116переменный) большей силы. Вследствие сравнительно малыхсопротивлений заготовок электроконтактный нагрев происходит прибольшей силе тока и низком напряжении. Для снижения напряженийв установках применяют трансформатор 6.
Для питания установокиспользуют источники постоянного и переменного тока.Продолжительность нагрева заготовок зависит от их длины идиаметра. Так, например, продолжительность нагрева заготовокдиаметром 35 мм и длиной 700 мм до температуры 12500Cсоставляет от 23 до 25 с.В зависимости от количество зон нагрева заготовки схемытокопровода подразделяются (рисунок 69):а) однозонные, которые могут быть с нагревом заготовок навсю длинну;б) с нагревом на участке длины;в) с нагревом торца;г) с нагревом длинных заготовок и штанг на всю длину;д) двухзонные.В зависимости от требуемой производительности (илискорости нагрева) может быть применена та или другая схемавключения нагреваемых заготовок (одно- или многопозиционная) споледовательным или параллельным включением их внагревательную цепь.Технически или экономически более выгодно и целесообразноприменять установки со схемой последовательного включениянагревательных позиций в электрическую цепь (рисунок 69 б).Нагревательная установка с перекладкой заготовок с однойпозиции на другую и постепенным подъемом температуры дозаданного значения, по мере перехода их с позиции на позицию,технически и экономически более эффективна по сравнению соднопозиционными (рисунок 69, а) и многопозиционнымиустановками при параллельном включении нагревательныхпозиций (рисунок 69, в) в электрическую цепь.При схеме последовательного включения заготовок вэлектрическую цепь операция нагрева сравнительно легкоподдается автоматизации, а нагревательную электроконтактнуюустановку удобно встраивать в автоматическую линию, причемпрактически с любым заданным темпом выдачи нагретых заготовокна последующую операцию обработки ее давлением, илипоследующую операцию обработки ее давлением, илитермообработки.117Рисунок68Принципиальныеэлектрическиесхемыоднопозиционного устройства (а) и многопозиционных устройств споследовательным (б) и параллельным (в) включениемнагревательных заготовок: 1-то-коподводящий контакт; 2нагреваемая заготовка; 3-токоподводящий провод; 4-межконтактнаяперемычка;5-межпозиционнаяперемычка;6-силовойтрансформаторРисунок 69 - Схема контактного нагрева заготовокКрометого,припоследовательномвключениинагревательных позиций в электрическую цепь токовые нагрузки наконтакты значительно меньше, чем при других схемах.Чем меньше токовая нагрузка в каждом местеконтактирования при прочих одинаковых условиях, темэффективнее нагревательная установка.Вопрос о выборе конструктивного типа установки должен бытьрешен в каждом отдельном случае применительно к конкретнымусловиям.118Если принять полезную энергию, необходимую для нагрева двухзон заготовки на двухзональной установке, Р2, то мощность W2,потребляемая из сети каждой из четырех рассматриваемыхустановок, будет равна значениям, приведенным в таблице 8.Мощность, потребляемую из сети каждой установки, находим поформуле:Wк = W2/η0 cosϕ;(7.12)где W2 - мощность потребная для нагрева данной зонызаготовки до заданной температуры, без учета потерь энергии;η0 - общий КПД установки;cos ϕ - коэффициент мощности первичной сети.l2/S2 - отношение длины нагреваемых зон к площадипоперечного сечения.Еслипринятьпроизводительностьдвухзональнойоднопозиционной установки П и считать, что токовая нагрузка наконтакты у всех остановок одинаковая, то производительность ихбудет равна значениям, приведенным в таблице 8.Таблица 8 - Основные технические показатели установокcos ϕ Мощность ПроизводWkитТип установкиL2/S2, 1/смОбщийКПДОднопозиционнаяОднозональнаяОднопозиционнаяДвухзональнаяДвухпозиционнаяДвухзональнаяКомбинированнаяОднопозиционнаяДвухзональная2,40,640,683,45W21.05П1,60,420,683,6 W2П4,80,750,685,1 W22П1,60,420,683,6 W2ППо всем основным показателям и технической эффективностинаиболее совершенной является двухпозиционная установка; издвух вариантов однопозиционных установок более подходящейявляется однозональная установка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
