4. Расчет и проектирование элементов установки

4.1 Обоснование выбора конструкции

Выбор частоты является одним из наиболее ответственных моментов при проектировании индукционных установок, он определяется требованием высокого электрического КПД как индуктора (рис. 4.1), так и установки в целом, необходимостью получения заданного распределения температуры по сечению детали и техническим данным оборудования. Определим полосу оптимальных частот применимых для сквозного нагрева данных заготовок. При нагреве полой стальной цилиндрической заготовки, если , частота выбирается из диапазона:

, Гц

где - внутренний диаметр индуктора, м;

- длина индуктора, м

=- средний диаметр цилиндра, м;

–наружный диаметр, м;

–внутренний диаметр, и;

=- толщина стенки цилиндра, м;

- коэффициент Нагаока;

=;

=;

;

Рисунок 4.1 – Эскиз системы для нагрева полого цилиндра

;

.

Выберем стандартную частоту f =1000 Гц.

Перепад температур между поверхностью и серединой заготовки T = 20 ⁰C. Темп выдачи заготовок t₀ = 30 с. На данной установке ИЗТ1-320/1 используем преобразователь частоты ППЧ-320 c максимальным напряжением на выходе 400 В и мощностью 320 кВт и рабочей частотой преобразователя 1000c

4.2 Тепловой расчет

Для расчёта заданы диаметр заготовки D₂ = 0,09м, длина заготовки а₂ = 0,215 м, частота f = 1000 Гц, масса заготовки G = 5.12 кг, темп выдачи заготовок

t₀ = 30 с, перепад температуры T = 20 ^oC, напряжение на индукторе U_и = 400 В.

Время нагрева и число заготовок в индукторе

Горячая глубина проникновения тока

;

.

Число заготовок в индукторе

,

где - время нагрева заготовок, с;

- темп выдачи, с.

Время нагрева заготовки:

Обычно при нагреве стальных труб перепад температуры в пределах

∆T = 20 - 100°C. Тогда время нагрева при ∆T = 20°С будет равно:

, с

где - толщина стенки загрузки,м ;

- относительная глубина активного слоя;

;

=- глубина активного слоя, м;

Значение коэффициента М находится из таблицы 4-5 [1] при m = -1 и

;

;

Тогда из таблицы 4-5 [1] находим

=;

;

Графики функций S(α,0) и S(α,1) находятся из рисунка 16-4 [1]:

S(α,0)=0,04 S(α,1)= - 0,055

;

Число заготовок в индукторе:

;

Примем число заготовок в индукторе равное 4.

Геометрические размеры индуктора

Внутренний диаметр индуктора

;

.

Длина индуктора

;

;

Внутренний диаметр теплоизолирующего цилиндра выбирается больше диаметра заготовки, исходя из следующих условий:

.

Расчёт средней мощности в заготовке

;

где - коэффициент добавочных потерь, учитывающий потери в

направляющих , по которым перемещаются заготовки();

- полезная мощность в заготовке, кВт;

- мощность тепловых потерь через стенку изолирующего цилиндра, кВт;

;

.

Полезная мощность

;

где - масса заготовки, кг;

- средняя теплоемкость в интервале температур начала и конца

нагрева, Дж/кг·°С;

- средняя по сечению температура заготовки,;

;

.

Средняя удельная мощность в заготовке

;

.