Динамо-машины  Применение индукционного нагрева 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

ных металлоемких индукторов с многослойными обмотками и пр. Такие нагреватели эффективны при нагреве металла до температуры 800 deg; С и не оправданы при догреве до более высоких температур. В некоторых случаях рекомендуют комбинированный нагрев т. в. ч. -т. п. ч. В таких условиях нагрев заготовок до точки Кюри ведут на промышленной частоте, а выше - на средней частоте. Опытная эксплуатация установки с комбинированной частотой 50-2500 Гц для штамповки деталей трактора К-700 от прутка диаметром 220 мм оказалась неэффективной.

В результате взаимного влияния катушек индуктора, частых межвитковых пробоев изоляции и трудностей при обслуживании эта установка была заменена одночастотной в 2500 Гц. Однако это нельзя принимать как рекомендацию к отказу в использовании комбинированных частот в кузнечном нагреве. Практика показала, что крупное кузнечное производство не может быть ориентировано на индукционный нагрев только одной частоты тока. Тяжелые прессы усилием 4000 тс и более обрабатывают заготовки диаметром 90-150 мм. Здесь хорошо зарекомендовали себя индукционные нагреватели частотой 1000 Гц. В настоящее время по рекомендациям ВНИИ ТВЧ предложена новая шкала частот переменного тока для нагрева заготовок под пластическую деформацию: 1000, 4000, 10 ООО, 22 ООО Гц. Следует предположить, laquo;Ло в дальнейшем парк электротермического оборудования, обслуживающий нагрев тракторных заготовок под пластическую деформацию, постепенно будет оснащен установками с частотой 4000 Гц. Это даст возможность иметь источники питания к кузнечным нагревателям с частотой 4000 Гц, доступной для нагрева основной номенклатуры тракторных деталей, полученных с помощью пластической деформации. Источников переменного тока частотой 4000 Гц и выше, удовлетворяющих по мощности кузнечные нагреватели, нет, и это сдерживает широкое освоение нового спектра частот.

Особенности индукционного нагрева в кузнечных цехах. Кузнечное производство является неотъемлемой составной частью среднего и тяжелого машиностроения, но в отличие от чисто машиностроительных электротермических процессов имеет свои особенности. Как было показано выше, индукционный нагрев в кузнечном производстве, во-первых, является крупнотоннажным и, во-вторых, плотно нагруженным по мощности. Для этого требуется разместить большое количество нагревательных средств непосредственно у ковочно-штамповочных машин, связать их с источниками питания и объединить цепями управления и системами вспомогательного технологического оборудования (водо-и маслоснабжения, сжатого воздуха и пр.).

Большое количество типоразмеров индукционЩ)1х нагревателей, разработанных рядом проектных организацм, к сожалению, не используется в широких масштабах при производстве трактора laquo;Кировец raquo; по двум основным причинам.

1. Эти нагреватели имеют ручную поштучную загрузку заготовок в индуктор и поэтому неприемлемы для нагрева тяжелых заготовок. К тому же, их выпуск ограничен из-за слабых производственных мощностей заводов электротермического оборудования, поэтому приобретение их сопряжено с большими трудностями.

2. Индукционные нагреватели, имеющие в своем составе накопители, механизмы загрузки и выгрузки заготовок, т. е. полностью механизированные или автоматизированные, являются редкостью и электротермическими заводами не выпускаются вообще. Этот недостаток в крупносерийном машиностроительном производстве вынуждает современные производственные машиностроительные объединения самостоятельно или с помощью тех же проектных институтов разрабатывать и изготавливать оборудование по своей технологии. Так поступают многие предприятия и ПО laquo;Кировский завод raquo; в том числе.

Компонуя нагреватели непосредственно у ковочно-штамповоч-ного оборудования, все блоки можно расположить с учетом конкретной технологии пластической деформации, используя достигнутый в кузнечном цехе уровень механизации.

Технические решения могут быть разнообразны и отличаться принятым типом индуктора или способом перемещения заготовок. Как правило, по своей принадлежности нагреватели индивидуальны и предназначены для определенного ковочно-штамповочного оборудования. Более сложная ситуация складывается при использовании источников питания.

Известны способы индивидуального и централизованного питания индукционных кузнечных нагревателей высокочастотной энергией. Оба эти способа имеют свои преимущества и недостатки. При постоянной по номенклатуре программе и высоком коэффициенте использования машинного времени индивидуальный.способ питания, когда каждый нагреватель питается от своего преобразователя, является более предпочтительным. Для такого способа характерно использование типового электротермического оборудования, условия эксплуатации и переналадки благоприятные.

В кузнечных цехах с разнообразной номенклатурой заготовок и наличием большого количества нагревателей применяется централизованное питание. Этот способ имеет два решения. В первом случае несколько генераторов подключены к общим шинам, от которых одним шинопроводом осуществляется питание каждого нагревателя своим отрезком фидера или шинопровода, включенным как бы в среднюю точку, т. е. в окончание магистрального шинопровода. Такую систему питания принято называть радиальной. Во втором случае генераторы нагружены на общий выход, к которому нагреватели подключены каждый своим фидером. В связи с разработкой коаксиального токопровода типа КВСП внимания заслуживает система питания с индивидуальными фидерами на каждый нагреватель. В настоящее время мощности нагревателей значительно возросли, а практика показала, что параллельное

включение более четырех отрезков фидеров КВСП приводит к их неустойчивой работе и самовозгоранию даже при допустимых токовых нагрузках.

В дополнение к особенностям централизованного питания нагревателей, изложенным в источниках [11, 32], следует отметить, что в кузнечном цехе при штамповке тракторных деталей группа из шести генераторов мощностью 1500 кВт каждый, включенных по системе централизованного питания, имеет общий возбудитель на тиристорах, разработанный ВНИИ ТВЧ. Тиристорный возбудитель типа РВТ-80, установленный взамен электромашинных возбудителей, значительно улучшил стабилизацию выходного напряжения на шинопроводе и облегчил режим работы преобразователей в условиях резко переменной нагрузки. К примеру, в зависимости от технологической ситуации периодически включается и отключается без определенной закономерности более 20 нагревателей мощностью от 200 до 1000 кВт. Ранее это часто приводило к отключению машинного зала при перегрузках и вследствие этого к браку по штамповкам.

Кроме того, условия согласования нагрузки и источников питания в кузнечном производстве могут быть выполнены для централизованного и индивидуального питания с помощью коаксиальных фидеров, выполненных из отрезков медных труб, соединенных не сваркой, а с помощью фланцев оригинальной конструкции. Обеспечивается любое пространственное положение фидера и исключаются наводки на окружающие металлоконструкции и трубопроводы. Передача высокочастотной энергии при силе тока 2000 А и более становится обычным явлением. Из-за ряда имеющихся трудностей, в том числе по передаче высокочастотной энергии, загрузке генераторов и большой мощности потребителей, первоначально существовало мнение, что для мощных кузнечных цехов с индукционным нагревом неприменимо индивидуальное питание нагревателей. Поэтому все крупные кузнечные цеха с индукционным нагревом строились с централизованным питанием.

Разработка электромашинных преобразователей частоты вертикального исполнения, а также внедрение в кузнечное производство изготовления деталей для трактора laquo;Кировец raquo; в 1971 г. мощных тиристорных преобразователей частоты типа ТПЧ-3, ТПЧ-800 и др. изменили это мнение. Индивидуальное питание нагревателей с мощностью в блоке 800-1600 кВт стало неотъемлемой составной частью кузнечного цеха. Тиристорные преобразователи частоты мощностью 800 кВт, частотой 1000 Гц, используемые в качестве источника питания кузнечного нагревателя, расположены непосредственно у блока нагревателя.

С целью экономии производственных площадей технологам удалось разместить преобразователи со всей ва amp;дной коммутирующей аппаратурой между опорными колоннами пролетного строения цеха (рис. 12), причем в несколько ярусов, что позволило эффективно вписать их в общую пространственную структуру

(без значительных дополнительных затрат на строительство специального машинного зала).

Способность двух и более тиристорных преобразователей работать на общую нагрузку в значительной степени расширяет возможности их использования по наращиванию суммарной мощности блока. Отсутствие режима холостого хода, мобильность и

Рис. 12. Расположение тиристорных преобразователей в межколонном пространстве кузнечного цеха

ремонтоспособность, высокий к. п. д. и неприхотливые требования к фундаментам, зданиям и пр. ставят тиристорные преобразователи частоты в условия достаточной конкурентоспособности по сравнению с электромашинными преобразователями, включая вертикальное исполнение.

7. Нагреватели под пластическую деформацию

Установки кузнечного индукционного нагрева различаются между собой по типу принятой конструкции индуктора и способу перемещения заготовок, т.е. по принятой механизации. Технологически кузнечные заготовки можно привести в основном к двум видам: мерные, требующие общего сквозного нагрева, и прутки, требующие сквозного зонного или концевого нагрева. В зависимости от этого выбирается определенный тип индуктора. Для нагрева, например, мерных круглых заготовок из множества типов индукторов, таких, как щелевые, овальные, цилиндрические, в тракторном производстве наибольшее применение получили индукторы соленоидного типа.

в кузнечных нагревателях методического действия индукторы выполнены многосекционными по методу ускоренного нагрева, причем все секции в индукторе одинаковы. В данном случае индукционный нагреватель с магнитно-связанными индукторами можно рассматривать как . пассивный линейный 2/г-полюсник с/г автономно питаемыми индукторами. В индукторах магнитная связь зависит главным образом от магнитных потоков рассеяния каждой секции индуктора. Она может быть определена опытным путем по численному значению наведенной э. д. с. на разомкнутой секции индуктора при подаче напряжения на другую секцию, что соответствует опыту холостого хода. Опытным путем можно определить входное сопротивление и сопротивление связи каждого из индукторов при коротком замыкании остальных секций.

Особенности метода ускоренного нагрева, низкие эксплуатационные качества нагревателей и низкий к. п. д. индукторов приводят к неравномерному нагреву заготовок по сечению и к недостаточной производительности нагревателей.

Неравномерность температуры нагрева заготовок по сечению, допускаемая технологией штамповки тракторных деталей, составляет plusmn;30 deg; при номинальной температуре1200 deg; С. Перегрев заготовок вызывает их оплавление и выход из строя индуктора. При недогреве заготовки происходит незаполнение штампа и выход из строя пресса. В обоих случаях повышается брак штамповок.

Предварительно выполненный расчет индукторов и разработка новой конструкции позволили уточнить методику графического определения параметров индуктора [35].

Как известно, температура по сечению заготовки при ускоренном индукционном нагреве зависит, главным образом, от теплопроводности нагреваемого металла, в то время как на поверхности заготовки заданной температуры можно достигнуть значительно быстрее, повышая удельную мощность, передаваемую металлу.

Степень прогрева заготовки б, характеризующаяся отношением толщины прогретого слоя к радиусу тела, представлена для разных диаметров графиком ее зависимости от удельной мощности Р, передаваемой в металл (рис. 13). Из графика видно, что с увеличением удельной мощности в первой стадии нагрева степень прогрева заготовки по сечению ухудшается. Время т, необходимое для первой стадии нагрева заготовки, т. е. время доведения температуры на поверхности заготовки до ковочной,в зависимости от степени прогрева по диаметру можно определить по графику, приведенному на рис. 14. Время t, необходимое для второй стадии нагрева заготовки, т. е. время выравнивания температуры по сечению заготовки, в зависимости от степени прогрева определяем по графику, показанному на рис. 15.

Полное время нагрева заготовок является lt;ммарным временем первой и второй стадий нагрева. Это время определяет темп выдачи нагретых заготовок из индуктора с заданным перепадом температуры по сечению. 62

Распределение температуры тельно при условии кратности из индуктора в первой стадии, ции индуктора, определяющая

по длине заготовки удовлетвори-темпа выдачи нагретых заготовок Следовательно, длина первой сек-время первой стадии нагрева, за-

2 3 4 5 6 7 8

Рис. 13. Зависимость степени прогрева заготовки б при методическом ускоренном нагреве от вносимой мощности

*120

0.4 0,8 12 1,6 ZOS

Рис. 14. Зависимость времени первой стадии ускоренного нагрева от степени прогрева заготовки

0,4 0,8 1,2 16 2,06

Рис. 15. Зависимость времени второй стадии уско- репного нагрева от степени прогрева заготовки

10 20 }0 40 50 ВО 70-.с

Рис. 16. Зависимость длины первой . секции индуктора от темпа выдачи нагретых заготовок

висит от длины заготовок и влияет на качество штамповки. Зная программу штамповки по номенклатуре и тоннажу, можно определить необходимую длину первой секции индуктора. Эта длина в зависимости от размера заготовки и темпа выдачи т представлена на рис. 16. На графике заштрихованные зоны включают интервал длин заготовок от 1,2 до 2 диаметров (верхняя граница зон принята для длины, равной 2D).