Особенности индукционной установки, предназначенной для нагрева или плавки материалов
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
? - глубина активного слоя, м.
Определим время нагрева заготовки вторым способом, т.е. по формуле (2.4).
По таблице прил.4[1] К=5,9 с/м2. Расчетный диаметр D2I = D2 - ? = =0,75 -0,07=0,68 м.
Тогда
Сравнив два значения ?, к расчету можно применить ? = 25000с.
Определение полезной мощности
Полезную затрачиваемую мощность определяют как
(2.5)
где М - масса одной заготовки, кг; - средняя по сечению температура заготовки, 0С; ?с - средняя в интервале температур 0t теплоемкость материала заготовки, Дж/(кгК).
Для стали РТ = 8,4 105 М n/? [1].
Удельную поверхностную мощность вычисляют по формуле, Вт/м2;
Ро = РТ/F2, (2.6)
где F2 - площадь боковой поверхности n заготовок, м2.
В нашем случае масса заготовки
здесь ?=7,8103 кг/м3.
Тогда
РТ = 8,4 105 М/? = 8,4 1057232,8/25000 = 243022 Вт.
Определение геометрии индуктора
Для получения равномерного нагрева по поверхности заготовки длина редуктора определяется следующей зависимостью
а1 = п а2 +2?а (2.7)
где ?а - величина заглубления заготовки в индукторе (положительный свес индуктора), которая может быть принята при нагреве стали ?а=(0,50,8) D1. Диаметр индуктора D1 с учетом толщины изоляционных слоев и постижении максимального КПД установки равен:
D1 = D2 + 2(?ф + ?из. + ?з) ? (1,4 2) D2, (2.8)
где ?ф - толщина внутреннего слоя футеровки;
?из. - толщина теплоизоляционного слоя;
?з - величина воздушного зазора между заготовкой и футеровкой, м.
Поскольку нагревается три заготовки, то
D1 = (1,4 2) D2 = 1,7 0,75 = 1,275 м,
а1 = 6 0,35 + 2 0,89 = 3,88 м,
здесь ?а = 0,7 1,275 = 0,89 м.
Рис. 2.1. Эскиз индуктора.
В D1 входит футеровка из шамота (?ф=20мм), тепловая изоляция из асбеста (?из.=2,5 мм) и воздушный зазор
(?з= [D1 - Dз - 2 ?ф - 2 ?из.]0,5 = [1,275 - 0,75 - 0,04 - 0,005] 0,5 = 0,24 м = 240 мм.
Электрический расчет индуктора
Цель расчета - найти напряжение Uи и силу тока Iи в индукторе, коэффициент мощности cos? и КПД индуктора ?и , подведенную мощность Р и емкость конденсаторной батареи С.
При расчете параметров системы индуктор-деталь необходимо привести параметры детали к параметрам индуктора (или наоборот).
Коэффициент приведения параметров
P?2 = ? ?2, (2.9)
где ? - поправочный коэффициент; ? - число витков индуктора.
Расчет ведется сначала для одновиткового индуктора. Тогда при ?=1 P?2 = ?.
(2.10)
где Км = f (D1/a1 ; а1/а2) - определяют по прил. 6[1]; Кз = f (D2/а2) - по прил. 7[1]; А = f (D2/(?k v2) - по прил. 8[1].
Для нагреваемой заготовки
D1/ а1 =1,275/3,88 = 0,3,
а1/ а2 = 3,88/2,1 = 1,9,
по прил. 6[1] Км = 0,389
D2/а2 = 0,35,
По прил. 7[1] К2 = 0,8665.
Для нахождения А определяем D2/(?k v2).
Из предыдущего расчета ?k = 0,07 м, тогда D2/(?k v2) = 0,75/(0,07v2)= = 7,58 м, по прил. 8[1] А = 0,17.
Согласно полученным данным,
Приведенные сопротивления нагреваемой заготовки равны:
активное сопротивление
реактивное сопротивление
, (2.12)
где В = f[D2/(?k v2)] (по прил.8[1] В=0,194),
Активное сопротивление индуктора
r1 = Kr r1П. (2.13)
индукционный печь металлургический автоматизация
Здесь омическое сопротивление индуктора
?1 - толщина стенки трубки индуктора (выбирается из условия ?1 ? 1,3?1), м;
- глубина проникновения тока в медь, м (для меди ?=210-8, Омм; =1, тогда ?1=0,07/vf); расчетный диаметр D1I = D1 + ?1, если ?1?1,5 ?1, D1I = D1 + ?1, если ?1>1,5 ?1, Кr, Кх- коэффициенты (находят по рис. 3.2[1]); К1 = f(D1/a1) - находят по прил.7[1]); g = (0,70,9) - коэффициент заполнения.
В нашем случае ?1= 0,07/v50 = 0,0099 м, ?1 ? 1,30,0099 = 0,0129 м = = 12,9 мм, принимаем ?1 =1310-3 м = 13 мм. Сравним 1,5 ?1 с ?1 (1,5 ?1 = 0,0149). Это > ?1. Значит D1I = D1 + ?1 = 1,275 + 0,013 = 1,288 м. При ?1/?1 = 0,013/0,0099 = 1,31, по рис. 3.2[1] Kr = 1. Принимаем g = 0,9, при этом
С учетом полученных значений
r1 = 1 210-6 = 210-6 Ом.
Реактивное сопротивление индуктора
(2.14)
Величина Кх =1 определена по рис 3.2[1] при ?1/?1=1,31. По прил. 7[1] при D1/ а1 = 0,3 К1 = 0,89. Тогда
Эквивалентное сопротивление системы индуктор-изделие равно:
активное
(2.15)
Реактивное
(2.16)
Полное
Коэффициент полезного действия индуктора
(2.18)
Коэффициент мощности индуктора
(2.19)
Далее переходим к расчету многовиткового индуктора.
Для этого необходимо определить потребляемую мощность, напряжение и ток на индукторе.
Потери теплоты нагреваемой деталью происходят теплопроводностью и излучением (конвекцией в воздушном зазоре из-за его малости можно пренебречь).
Потери теплоты излучением, Вт,
(2.20)
где ?м, ?ф - степени черноты нагреваемого металла и внутренней поверхности футеровки индуктора (можно принять ?м=0,8; ?ф=0,45); Fм, Fф - соответственно, площади их боковых поверхностей, м2; Тм = (Тмнач + Тмкон)/2 - средняя от начала до конца нагрева температура поверхности металла, К; Тф - температура внутренней поверхности футеровки индуктора, К.
Fм = ? D2 a2 = 3,14 0,75 2,1 = 4,95 м2,
Fф = ? D3 a1 = 3,14 1,23 3,88 = 14,99 м2 (D3 см. на рис. 2.1)
Средняя температура металла