Применение индукционного нагрева
Установки индукционного нагрева весьма распространены в промышленности.
В машиностроении токи средней и высокой частоты применяются для сквозного и поверхностного нагрева деталей из чугуна и стали под закалку, перед горячей деформацией (ковкой, штамповкой), при восстановлении деталей методами наплавки и высокочастотной металлизации, при пайке твердыми припоями и др.
Особое место занимает поверхностная закалка деталей. Возможность концентрации мощности в заданном месте детали позволяет получать сочетание наружного закаленного слоя с пластичностью глубинных слоев, что значительно повышает износостойкость и устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам.
Достоинства поверхностной закалки при помощи индукционного нагрева заключаются в следующем:
1) возможность закаливать детали и инструмент на любую необходимую толщину, при необходимости обрабатывая только рабочие поверхности;
2) значительное ускорение процесса закаливания, что обеспечивает высокую производительность установок и снижает стоимость термообработки;
3) обычно меньший по сравнению с другими способами нагрева удельный расход энергии вследствие избирательности нагрева (только на заданную глубину) и быстротечности процесса;
4) высокое качество закаливания и уменьшение брака;
5) возможность организации поточности производства и автоматизации процессов;
6) высокая культура производства, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.
|
|
|
Установки индукционного нагрева выбирают по следующим основным параметрам: назначению, номинальной колебательной мощности, рабочей частоте. Выпускаемые промышленностью установки имеют стандартную шкалу мощностей со следующими ступенями: 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0 кВт и далее при умножении этих чисел на 10, 100 и 1000.
Установки для индукционного нагрева имеют мощности от 1,0 до 1000 кВт, в том числе с ламповыми генераторами до 250 кВт, а выше - с машинными генераторами. Рабочую частоту, определяемую расчетом, уточняют по шкале частот, разрешенных для применения в электротермии.
Высокочастотные установки для индукционного нагрева имеют единую индексацию: ВЧИ (высокочастотные индукционные).
После букв через тире обозначается в числителе колебательная мощность (кВт), в знаменателе - частота (МГц). После цифр пишутся буквы, обозначающие технологическое назначение. Например: ВЧИ-40/0,44-ЗП - высокочастотная установка индукционного нагрева, колебательная мощность 40 кВт, частота 440 кГц; буквы ЗП - для закалки поверхностей (НС - для сквозного нагрева, СТ - сварки труб и т. п.).
Тема 7. Диэлектрический нагрев
Особенности диэлектрического нагрева
|
|
|
Токи высокой частоты (ТВЧ) значительно расширили технологические возможности и области применения электрического нагрева в различных отраслях народного хозяйства, медицине, биологии, быту, научных исследованиях. Особенно велико значение ТВЧ для нагрева электрически не проводящих и плохо проводящих материалов - диэлектриков и полупроводников.
Диэлектрический нагрев осуществляется в высокочастотном электрическом поле. Нагреваемый материал помещается либо между обкладками конденсатора, на который подают напряжение высокой частоты, либо внутрь камеры, в которую происходит излучение электромагнитной волны СВЧ. Нагрев токами высокой частоты наиболее целесообразен для материалов с плохой теплопроводностью.
При обычных (внешних) способах подвода тепла процесс сушки или тепловой обработки затягивается. Длительное пребывание продуктов в температурном поле отрицательно влияет на их качество, возрастают потери тепла, производительность установок невысока.
При нагреве в поле конденсатора тепло выделяется одновременно по всему объему однородного по электрофизическим свойствам материала, вследствие чего продолжительность нагрева резко сокращается. В процессах сушки быстрый нагрев внутренних слоев материала приводит к созданию градиентов температуры и давления, направленных к наружной поверхности тела, что способствует быстрому удалению излишней влаги. Если материал неоднороден, становится возможным избирательный нагрев отдельных компонентов, имеющих различную спектральную чувствительность к ТВЧ. Интенсивность нагрева практически ограничивается лишь технологическими условиями и целостностью материала.
|
|
|
Интенсивный нагрев диэлектриков возможен лишь в электрическом поле высокой частоты. Для диэлектрического нагрева на частотах от 0,5 до 100 МГц в используют электрическое поле конденсатора.
Схемы технологических узлов для нагрева и сушки крупногабаритных изделий и порошкообразных материалов показаны на рис. 4.6, а, б. При диэлектрическом нагреве температура внутри нагреваемого материала выше, чем в поверхностных слоях, с которых происходит удаление влаги. Совместное влияние градиентов давления, влагосодержания и температуры способствует высокой производительности сушки с использованием высокочастотного нагрева.
На рис. 4.6, в показана схема технологического узла изготовления изделий из пенопласта. При формировании различных видов изделий исходное сырье помещается в формы, рабочие полости которых повторяют конфигурацию изделия.
|
|
|
Рисунок 7.1 Схемы технологических узлов установок диэлектрического нагрева
Область более высоких частот, от 100 до 300 МГц, составляют токи сверхвысокой частоты (СВЧ). Нагрев токами СВЧ (волнами дециметрового и сантиметрового диапазона) осуществляется в объемных резонаторах или путем направленного излучения электромагнитной энергии. Этот вид диэлектрического нагрева имеет свои особенности как по принципу генерирования токов СВЧ, так и по характеру нагрева. На этих частотах уже заметно проявляется поверхностный эффект по причине затухания электромагнитной волны в диэлектрике.
Основные особенности высокочастотного нагрева диэлектриков состоят в следующем.
1. Нагрев токами высокой частоты является прямым нагревом - электрическая энергия преобразуется в тепло непосредственно в полупроводниках или диэлектриках, помещенных в быстропеременное электрическое поле. Во многих случаях это позволяет коренным образом изменять технологию процессов, повышать качество продукции и производительность труда. При ВЧ нагреве расход электроэнергии непосредственно на изменение теплосодержания материалов наименьший по сравнению с другими способами, а к.п.д. выше, хотя общий расход электроэнергии с учетом потерь в генераторах и вспомогательных устройствах нередко оказывается больше.
2. Токи высокой частоты позволяют осуществлять избирательный нагрев благодаря возможности концентрации мощности в нужном направлении и использованию спектральной чувствительности неоднородных по физическим свойствам материалов.
3. При ВЧ нагреве достигается высокая концентрация мощности в единице объема нагреваемой среды, что позволяет значительно интенсифицировать производственные процессы. Появляется возможность использовать механические воздействия, возникающие в материалах при быстром неравномерном нагреве, например при диэлектрическом разрушении камней, вспучивании материалов органического происхождения и др. Кроме того, ВЧ нагрев диэлектриков позволяет снизить отходы продукции, осуществить поточность и широкую автоматизацию производства.
В промышленности диэлектрический нагрев имеет большие возможности применения для сушки материалов, лакокрасочных покрытий, зерна, семян трав, овощей, фруктов, чая, хлопка, дезинсекции. Не менее важно применение ТВЧ для пастеризации, стерилизации молока и молочных продуктов, фруктовых и ягодных соков, в процессах консервирования.
К недостаткам диэлектрического нагрева следует отнести высокую стоимость оборудования, более высокий (во многих случаях) удельный расход электроэнергии, необходимость в квалифицированном обслуживающем персонале. Поэтому его применение экономически целесообразно там, где это ведет к коренному усовершенствованию технологии процессов и где высокие капитальные и эксплуатационные затраты компенсируются повышением качества и увеличением выхода продукции, значительным ростом производительности труда.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 150; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!