отовки лежат на подине также из жаропрочного материала, изолированного от нижних стержней индуктора достаточным слоем (до 20 мм) муллитоюремнеземистого волокна.

1.6. Расчет индукторов с магнитопроводами

Примыкающие (петлеобразные) индукторы, расположенные относительно нагреваемой поверхности одной наружной стороной петли, имеют слабую электромагнитную связь петли с нагреваемым телом. Эта связь ослабляется еще и кольцевым эффектом, как в кольцевых индукторах для нагрева внутренних поверхностей полых тел.

Для увеличения индуктивной связи между индуктирующим Токопроводом и нагреваемым телом необходимо уменьшить зазор между ними. Эффект может быть достигнут при зазоре 3- 5 мм, если толщина индуктирующего провода находится в пределах Al. Необходимость его охлаждения приводит к трубчатому исполнению токопровода, однако попытки пристраивать к токопроводу толщиной Al герметичный канал из неэлектропроводного материала оказались безуспешными. Наиболее эффективным средством для улучшения электромагнитной связи являются П-образные магнитопроводы из расслоенного листового железа, охватывающие индуктирующий провод открытым пазом в сторону нагреваемой поверхности, особенно при нагреве ферромагнитных материалов. Расчет параметров индукторов в последнем случае усложняется за счет двухслойности нагреваемой среды. Первый слой глубиной характеризуется значениями J121 = I; Р2ь т. е. прогрет выше точки магнитных прев ращений. Второй слой, имея Ц22 > 1 и р = ргг, влияет на первый, выравнивая в нем ток, что далее учитывается коэффициентом К. При одновременном нагреве параметры нагреваемого слоя изменяются от холодного режима до горячего. Для расчета можно принять усредненные условия. Основным вопросом при опре-а делении параметров нагреваемой

полосы является выбор ее ширины /г (рис. 12). При зазоре А< <0,3а можно принять l2=li = l. Тогда активное сопротивление слоя, нагретого выше точки магнитных превращений, Ом,

Го1 =Р2. Ш2 Д2)= 10-* /„ У71Ф 01,),

(23)

Рис. 12. Разрез плоскостного индуктора с магнитопрово-дом

где /„-длина примыкающей ветви индуктора, см.

Активное и ййдуктивнбе сопротивления нагреваемого слоя с учетом влияния второй среды. Ом,

Г2 = Го,}2А:со5<р; (24)

«2«. = 01 Кг/Сзт «р,

(25)

где /С =/i(m) =/2( „е ); „е =/з(ро); т -фактор физичес-icoro состояния нагреваемых слоев,

Удельная мощность ро = PJil I), кВт/см, предопределяет напряженность .магнитного поля AJGu, на нагреваемой

поверхности;

У 1,405/0

•10° . [ cosy

напряженность магнитного поля на глубине х:

(26)

(27)

Примем одинаковую усредненную температуру для обоих слоев, т\ е. p2i « pza. а также учтем, что fi2i = 1. тогда т= (1 -

- K22)/(I-t- КЦ22)- чему соответствует кривая \i22~f(m) (рис. 13).

По формулам (26) и (27) рассчитываются три-четыре значения Я, соответствующие К, Ло. cos ф, взятых из рис. 14.

f, COSip.Slh 1

1000 2000 3000 H.mh О -0.2 -O.U -0,6 -OSm

Рис. 13. Функция (ij :

-0.7 -o.t -0.6 -ав m

Рис. 14. Значения/f; cosy; sin<pa и Л/о

Допустимая индукция в магнитопроводе

например, при m =-0,3, m = - 0,5 и m = -• 0,3. Этим значениям (см. рис. 13) соответствуют три точки fl22. по которым строится кривая !*« П") (ом. штриховую линию на рис. 13). Точка первоеч!ения кривых ii =/(-") и Ц22 =

= /(-т) дает искомое 31наченн€ {-т.), по которой (см. рис. 14) определяются К!, sin ф, cos q)

для рЗСЧСТГЗ 2» -"зм

по формулам (24), (25) и (26).

Магнитный поток в нагреваемом слое, В-с,

Ф = (0,45/С/К/) 10- (28)

предопределяет величину башмака магнитопровода, см,

с = Ф/(5/„), (29)

где В -индукция в магнитопроводе (см. табл. 3). Обычно с л; « 0,4 0,5/2. !

Индуктивное сопротивление двух воздушных зазоров между .малнитопроводом и нагреваемым слоем. Ом,

= ш11о[/„с/(2А)1 -2it/-4ir-10-MHCl2A)l. (30)

Тогда приведенные к индуктирующему токопроводу активное и реактивное сопротивления нагреваемого слоя, Ом,

Л2«

(31) (32)

Активное сопротивление индуктирующего провода длиной

г, =р,/„ .Д1. (33)

Если Ai>T,, в формуле (33) А, нужно заменить толщиной стенюи трубки Ть

Индуктивное сопротивление потоку в зазоре между индуктирующей ветвью петли индуктора « нагреваемым слоем

х,==шн.„(/„А/а). (34)

где a = /i + 26„3, т, больше ширины токопровода (индуктирующего провода) и на двойную толщину изоляции (бнз = «=0,3 см). 24

Эквивалентные активное, индуктивное и полное сопротивления- индуктирующей ветви индуктора:

г, = г, -t- г\\ дг, = -Н х-ы\ 2, = VrlT~xi. (35)

Активиое сопротивление обратного токопровода петли индуктора

.6 - Р, !/«/(* Д.)], (36)

где Ь - ширина шины (или трубки).

Если А>Ть в формулу (36) вместо Ai вводится Ti - толщина шины или трубки обратного токопровода петли индуктора.

Индуктивное сопротивление обратного токопровода индуктора

= 2u./„(2,3ig2/„/(6 -f Д,) +0,233(6 -f Д,)/А, +0.51 Ю""- (37) Тогда

г„ - г, \- г,б; х x., + х,б; г,, - У rj + х\.

Коэффициент мощности индуктора со5ф„ = г„/г„, а КПД индуктора = rilK- Подводимое к индуктору напряжение зависит от мощности, которую необходимо сообщить в нагреваемый слой детали

и, = 2„/„ = 2„1/Л-Ю»/г„ (39)

где Яз = р4а.

Если f/„ меньше номинального напряжения источника питания на 20-40%, последовательно индуктору следует включить дроссель. Если f/„ в два - четыре раза меньше номинального напряжения источиика питаиия, индуктор следует выполнить .мшговишовым. Число витков в пазе магнитопровода можно определить по формуле

WU\zV?JP~W). (40)

Понижающие (закалочные) трансформаторы в настоящее время имеют низкий КПД. большие размеры и массу. В практике индукционного нагрева машитопроводы применяются и на охватывающих индукторах для концентрации нагрева в предельно узкой зоне, например, при объемном нагреве труб под гибку, разрыв, стыковую сварку, для нагрева внутренних поверхностей, для защиты от нагрева прилегающих к индуктору узлов техмологичеокого агрегата и т. д. Рассч1итывать эти охватывающие .иидужторы можщ) по приведенной методике.

Иавестаы примеры, когда магнитопроводы применялись снаружи многовитковых охватывающих индукторов. Однайо это неоправданнее конструастивяое нагромождение, так как ожидаемое повышение КПД и со8ф индуктора полностью исключается потерями в магнитодроводе и в крепежных элементах.

Рнс, 15. Петлевые примыкающие индукторы: о - влияние зазора на след индуктируемого тока в токопроводящей плоскости под петлей; б - влияние диаметра кругового примыкающего индуктора на равномерность нагрева ленты, проходящей под индуктором: при d, >/-перегрев кромок леиты, при rf, </ -равномерный нагрев; в- зональный нагрев длинномерных прутков (гильз) парными примыкающими петлевыми катушками, смещенными вдоль оси прутков под углом а, зависящим от толщины катушки а

Что касается петлевых примыкающих индукторов, то при возможности, их следует располагать осью перпендикулярно нагреваемой поверхности без магнитопроводов (рис. 15), когда прямая и обратная ветви петли являются рабочими. Такие индукторы становятся эффективными при соотношении расстояния между ветвями петли и зазором между петлей и нагреваемой поверхностью не менее десяти. Углом наклона петли по отношению к цилиндрической поверхности при непрерывно-последовательном нагреве вращающегося тела можно обеспечить постоянство температуры, например, при термомеханичеслой обработке на трехвалковом стане". Нагрев длинномерных валов переменного сечения обеспечивается петлевым примыкающим индуктором без магнитопровода, В этом случае расчет индуктора

следует выполнять по приведенной методике с магаито-проводом, как и лри нагреве торца стержня в поперечном поле. При этом активными явЛя-ются обе ветви петли, а в качестве «одиночных o6paTHijix» шин выступают полукруглые токопроводы, расположеиные в плоскости, перпендикулярной оси нагреваемого стержня (рис. 16). Поскольку рабочие

Рис, 16, Примыкающий индуктор с поперечным магнитным полем для нагрева прутков пеКмеииого сечеиия

А. с. 13747. 2 А, с, 560368,

ветви петли в основе представляют охватывающий индуктор, магнитопроводы следует применять только для расчета, а в реальной конструкции индуктора не -применять, тем более, если петлевой индуктор с поперечным полем окружен цилиндрическим индуктором (с продольным для стержня полем) для предотвращения «рифов» iB процессе непрерывной плавки стержня.

Круговые токи от цилиндрического индуктора, углубляясь к центру стержня из-за микротрещин, при температуре, близкой к плавлению, и концентрируясь ниже дна трещин, вызывают гнездовое оплавление вдоль оси на определенной глубине от поверхности с определенным шагом по окружности цилиндра в зависимости от частоты тока. Расплавленный металл вытекает из этих кратеров, причем их глубина от торца стержня достигает несколько десятков миллиметров.

Продольные токи петлевого индуктора по тем же причи-

нам (термические прещины) напоминающие нанизанные н,а стержень бублики, поперечное сечение которых также зависит от частоты тока: чем выше частота тока, тем чаще рифы.

Если предварительно подогреть конец стержня продольным полем на оптимальной частоте тока, а затем вклю чить петлевой индуктор на частоте тока в три-четыре раза большей, чем у продольного поля, при вращении стержня ток, проходящий по середине торца, постоянно будет греть его центр, а по мере удаления от центра только дважды за оборот пройдет через данную точку. Это приведет к расплавлению и выливанию, металла из середины стерЖня "без продольных и поперечных рифов.

Взаимное влияние двух разных источников тока исключается тем, что петлевой индуктор расположен в плоскости, по которой проходят магнитные силовые линии продольного поля, а токопроводы к двум рабочим ветвям петлево-

вызывают поперечные рифы,

Рис. 17, Двухчастотный одновременный нагрев концов Прутков:

/ - цилиндрический вйдуктор с про-ао.1ьиым злектромагиитиым полек в прутке; 2 - петлевой индуктор с поперечным электромагнитным полем в прутке; 3 -место расположения нагреваемого .конца прутка (показан штриховой линией)