XIX ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА» ПРИМЕНЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА А.М. Гусев, студент СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Руководитель В.Б. Демидович, д.т.н. проф. СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Москва 2013
ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ Разработка рекомендаций для проектирования индукционной нагревательной установки для термообработки труб большого диаметра. Исследовался нагрев труб: с наружным диаметром 40 (1016 мм) – 62 (1574,8 мм); с толщиной стенки от 6 мм до 25 мм; максимальная длина трубы 13,2 м; производительность 5000 кг/ч Материал труб: Нержавеющие и дуплекс марки стали Температурный режим: Максимальная температура нагрева 1200 °С; Обеспечение максимальной равномерности распределения температуры по длине заготовки и толщине стенки Исследования проводились путем постановки численных экспериментов в программе конечно-элементного анализа индукционных систем Universal 2D © РТИН Ltd
Установка с плоскими индукторами Прототип конструкции индукционного нагревателя с плоскими индукторами Конструктивные схемы соответствующего индуктора:
ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ УСТАНОВКИ С ОХВАТЫВАЮЩИМИ ИНДУКТОРАМИ
ВЫБОР ЧАСТОТЫ ТОКА
ВЫБОР ЧАСТОТЫ ТОКА Оптимальная частота для всего диапазона труб 150 Гц
ЗНАЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ЧАСТОТ, ПОЛУЧЕННЫХ АНАЛИТИЧЕСКИ Для трубы диаметром 1575 мм со стенкой 25 мм, D 2ср = 1550 мм, при оптимальном воздушном зазоре в 160 мм - k 2 0,48; f опт = 55Гц; Для трубы 1250 мм со стенкой 15 мм, D 2ср = 1235 мм, при том же зазоре – k 2 0,52; f опт = 106Гц ; Для трубы 1060 мм со стенкой 6 мм, D 2ср = 1010 мм, при том же зазоре – k 2 0,57; f опт = 294Гц
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФУТЕРОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ШАМОТ Средняя теплопроводность 1,2 Вт/(м·ºС) МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА НА ОСНОВЕ МУЛЛИТОКРЕМНИЗЕМИСТОГО ВОЛОКНА (МКРВ- 128) Средняя теплопроводность 0,15 Вт/(м·ºС)
МАТЕРИАЛ ФУТЕРОВКИ – ШАМОТ
МАТЕРИАЛ ФУТЕРОВКИ – МКРВ Минимальная мощность, подаваемая на индуктор и обеспечивающая заданную температуру в пределах допустимого времени нагрева, составляет 200 кВт
Зависимость электрического, термического и полного КПД от толщины слоя футеровки (материал МКРВ)
РАВНОМЕРНОСТЬ НАГРЕВА ПО ДЛИНЕ ТРУБЫ Скорость покачивания 1 мм/с Перепад температуры 100 ºС
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПОКАЧИВАНИЯ Выбранная скорость покачивания 5 мм/с
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМЕННЫХ ИНДУКТОРОВ
КРАЕВОЙ ЭФФЕКТ Без отключения 2 % 5 % 10 %
ЗАВИСИМОСТЬ ПЕРЕГРЕВА ТОРЦОВ ТРУБЫ ОТНОСИТЕЛЬНО РЕГУЛЯРНОЙ ЧАСТИ ОТ ВРЕМЕНИ ОТКЛЮЧЕНИЯ КРАЙНИХ ИНДУКТОРОВ
ОБЩАЯ КАРТИНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Демонстрация технологического процесса