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

Глава V

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

19. Применение электротермического оборудования в поточно-групповых линиях

Электротермическое оборудование, выпускаемое отечественной промышленностью, характеризуется большим разнообразием, но мало приспособлено для работы в поточно-групповых линиях изготовления деталей массового производства. В промышленной практике индукционного нагрева находят применение комплексные нагревательные устройства, включающие источники питания, закалочные и нагревательные станции, линии транспортирования высокочастотной электроэнергии от источника питания к индуктору и прочие сборочные единицы в соответствии с принятой нами условной классификацией. Разбор особенностей их применения в машиностроении позволит в некоторой степени Оценить общие тенденции в реализации средств индукционнбго нагрева.

Наибольшее распространение в линиях термообработки при изготовлении трактора laquo;Кировец raquo; имеют закалочные станции повыщенной частоты и высокочастотные установки на базе ламповых генераторов.

Закалочные станции. В качестве закалочных станций до настоящего времени используются высокочастотные установки типа МГЗ-108 и МГЗ-208 (АК и АБ). В связи с тем что эти установки сняты с производства, их комплектация и воспроизводство носят локальный характер и общего интереса не представляют. Установки эти в основном заменены более современными -типа И32-100/8 и их разновидностями.

Установка типа И32-100/8 предназначена для поверхностной закалки стальных и чугунных изделий, для нагрева под отпуск, пайку и т. п. и применяется в коплекте с технологическими устройствами, разработанными на заводе. Она состоит из нагревательного блока, закалочного бака, шкафа управления, пускового и контакторного шкафов, блока охлаждения, механизма вращения и преобразователя. Каждая из этих сборочных единиц в процессе монтажа и эксплуатации претерпевает какие-либо изменения, что связано с технологическими особенностями нагрева и их недостаточной универсальностью.

В установке И32-100/8 основные операции выполняются вручную. Технологическая приставка - закалочный бак с механизмом вращения детали - при современном уровне техники применима для ремонтных мастерских в полевых условиях машино-

тракторных станций, а также для мелкосерийного производства. При массовом производстве механизм вращения детали за ненадобностью выбрасывают, а нагревательный блок пристраивают к закалочному баку собственного изготовления, в котором механизм программного перемещения детали выполнен применительно к конкретной детали или к гамме сгруппированных деталей по сходным сборочным единицам. Положительным свойством высокочастотной закалочной установки является возможность изменять компоновку составных блоков на имеющемся технологическом участке с учетом расстановки других станков. Следовательно, закалочный блок и блок механизма вращения могут не являться обязательными составными частями установки. Нагревательный блок как одна из наиболее отвественных сборочных единиц, в которой размещены высокочастотный трансформатор, конденсаторы, система охлаждения трансформатора и конденсаторов и система подвода закалочной жидкости, в условиях эксплуатации также претерпевает изменения по сравнению с конструктивным исполнением завода-изготовителя.

Система подвода закалочной жидкости регламентируется особенностями технологии термообработки и может включать использование различных закалочных сред, в то время как проектная система И32-100/8 рассчитана в основном на закалку водой. Более существенным является размещение закалочного трансформатора и конденсаторов. Их компоновка должна учитывать возможность ремонта и замены в условиях, отличных от условий завода-изготовителя, т. е. обслуживание этих комплектующих элементов должно быть мобильным.

В ряде случаев при индукционном нагреве напряжение на индукторе ниже, чем напряжение генератора. При закалке напряжение на нагревательном индукторе не должно превышать 1,0 - 1,5 кВ, так как возможны ионизация окружающей среды при нагреве детали до 900-1000 deg; С и пробой между деталью и индуктором за счет термоэлектронной эмиссии. Для исключения пробоев и в целях соблюдения правил техники безопасности между индуктором и выходом генератора устанавливается высокочастотный понижающий трансформатор. Кроме того, по условиям технологии многие индукторы выполняются одновитковыми что также требует наличия промежуточного понижающего трансформатора. Определяющими параметрами для него являются высота, диаметр, объем и соотношение силы тока и напряжения индуктора с силой тока и напряжением первичной обмотки трансформатора. С достаточной для практики точностью активными потерями в индукторе можно пренебречь и считать, что сила тока определяется только индуктивным сопротивлением.

Полные потери в трансформаторе определяются уравнением [1 ]

i gt;. = co st,f(i plusmn;i).

где -полные потери в закалочном трансформаторе; - сила тока индуктора; -индуктивность вторичной обмотки трансформатора; Lq = + L3 -индуктивность индуктора и соединительных проводников; М -взаимоиндуктивность первичной и вторичной обмоток трансформатора; г, Н - радиус и высота трансформатора.

Анализ этого уравнения позволяет ограничить условия наименьших потерь в трансформаторе. При заданной высоте трансформатора его радиус должен иметь такое численное значение, при котором индуктивность его вторичной обмотки равнялась бы утроенной индуктивности нагрузки. В свою очередь, при заданном радиусе высота трансформатора должна быть такой, чтобы индуктивность его вторичной обмотки равнялась индуктивности нагрузки. Аналогично при заданном объеме трансформатора его радиус и высота должны быть такими, при которых индуктивность вторичной обмотки в 2,5 раза больше индуктивности нагрузки. Соблюдение этих простых условий позволяет в необходимых случаях изменять конструкцию закалочного трансформатора, сообразуясь с условиями производства при нагреве тех или иных видов деталей. Следует иметь в виду, что эти условия справедливы для воздушного трансформатора и ограничены соотношением между радиусом и высотой, когда высота меньше радиуса, в противном случае потери возрастают.

В комплекс поставки высокочастотной установки И32-100/8 входит закалочный трансформатор Т32-800, который является одним из самых совершенных по сравнению с ранее существовавшими. Трансформатор содержит: корпус, первичную и вторичную обмотки, входную и выходную контактные планки, магнитопровод и установочную плату. Установочная плата расположена на нижнем основании закалочного трансформатора и позволяет устанавливать трансформатор горизонтально относительно плоскости пола (относительно всей монтажной платы закалочной установки в целом), с фиксированным ориентированием выходных контактных плат горизонтально или вертикально. Такое выполнение имеет ряд конструктивных неудобств:

если закалочный трансформатор жестко связан с закалочной установкой, он обеспечивает нагрев деталей, расположенных только вертикально или только горизонтально относительно оси индуктора, т. е. не обеспечивает нагрева длинномерных деталей, имеющих переменный профиль в пространстве;

если закалочный трансформатор не связан жестко с закалочной установкой (выполнен подвижным и с гибкими связями к присоединительному силовому кабелю), то в этом случае он обеспечивает нагрев детали с переменным профилем в пространстве, но при этом в составе нагревательного устройства должен быть специализированный станок-автомат, который осуществляет перемещение детали (относительно трансформатора) по заданной программе и который пригоден только для определенной детали,

т. е. его программа автоматически не перестраивается на другую деталь.

Этот трансформатор ограничен в пространственной компоновке (размещении под углом к какой-либо плоскости устройства), а потому требует многократных переходов в точках стыка и соответственно дополнительных потерь на увеличенные контактные сопротивления. В том и другом случае закалочный трансформатор не транспортабелен в закалочном блоке при первичном монтаже и при перемонтаже в процессе ремонтов; для его съема требуется разборка и сборка почти всего нагревательного блока или наличие сложных такелажных приспособлений. Это снижает ремонтопригодность закалочного трансформатора и всего нагревательного устройства в целом и создает затруднения в соблюдении правил техники безопасности в производственных условиях.

Желательна разработка такого трансформатора,который обеспечивал бы его монтаж в любой плоскости относительно несущей конструкции основного электротермического устройства нагревательного блока и возможность пространственного перемещения относительно плоскости привязочных размеров. Целью индукционного нагрева является обеспечение дискретного или непрерывного перемещения трансформатора как вдоль, так и вокруг оси выходных контактных плат, т. е. обеспечение совместно с индуктором зонного и непрерывно-последовательного нагрева деталей с переменным профилем.

Характерно, что трансформатор Т32-800 значительно эффективнее ранее выпускавшихся трансформаторов, например ТВД-3 или ВТО-500. Так, по расходу электроэнергии и воды он значительно экономичнее. Расчеты и опыт эксплуатации показывают, что экономия на затратах по охлаждающей воде составляет 372 руб., по потерям электроэнергии -335 руб. в год на каждый трансформатор.

Более существенными при эксплуатации закалочных трансформаторов являются их унификация и применяемость.

Если раньше любой из выпускавшихся типов закалочных трансформаторов при выходе из строя можно было [восстановить в условиях примитивной ремонтной мастерской или высокоорганизованного электроремонтного цеха, то трансформаторы Т32-800, выполненные по галетному типу с листами магнитопровода, залитыми цинково-алюминиевым сплавом, не подлежат ремонту и являются элементами разового пользования. Издержки их изготовления в стационарных условиях, работа в химически агрессивной среде (вода -закалочная жидкость-витки трансформатора) и образующийся электролит способствуют электрическим межвитковым пробоям и исключают их ремонт. Массовое производство не налажено, замена вышедших из строя laquo;галет raquo; исключена. Такие трансформаторы способствуют сбоям в механообраба-тывающем производстве по условиям термообрабатывающего звена.

По условиям наименьшего расхода конденсаторов нагревательного контура габаритные размеры закалочного трансформатора желательно увеличивать, а по технологии наиболее выгодным трансформатором является такой, у которого обмотка низкого напряжения одновитковая.

Конденсаторы нагревательного блока. В установках серии ИЗ и МГЗ применяются преимущественно конденсаторы типа ЭСВ и ЭСВП на разные частоты и реактивные мощности.

По многолетним эксплуатационным наблюдениям, отмечаются следующие наиболее характерные неисправности конденсаторов серии КМ и ЭСВП: пробой корпуса и изолятора, излом изолятора и изгиб токоведущего вывода, вспучивание корпуса и отпайка внутренних выводов обкладок конденсатора, закупорка системы водоохлаждения и течь масла (совола) по паяным швам. При компоновке конденсаторов в нагревательном блоке отмечаются различия в размерах выводных концов при тех же номинальных параметрах и типе конденсаторов.

Основными причинами выхода из строя конденсаторов можно считать следующие.

Конденсаторы в покупных нагревательных блоках получают механические повреждения в момент транспортировки и кантования, так как крепеж этих конденсаторов слаб и не выдерживает погрузочно-разгрузочных и транспортных толчков. Попутно конденсаторы разрушают ошиновку силовой части контура, в результате чего весь нагревательный контур при монтаже требует переделки. Этот же недостаток наблюдается в тиристорных преобразователях частоты для нагрева, плавки и закалки. Попадание окалины на выводы конденсаторных батарей и замыкание смежных стенок корпуса конденсаторов этой же окалиной или монтажным крепежом приводят к высокочастотному пробою. Для его устранения необходимы повседневный контроль состояния нагревательных контуров со стороны обслуживающего персонала и ежедневная очистка нагревательного блока от окалины сжатым воздухом. Смачивание осевшей окалины и пыли на токоведущих частях и изоляции водой, подтекающей из штуцеров и некачественно затянутых водоподводящих и сливных шлангов, способствуют более быстрым пробою и разрушению конденсаторов.

Засорение фильтра очистки воды и нерегулярная его продувка приводят к перегреву конденсаторов и самовозгоранию или пробою. В некоторых случаях при низком давлении в системе водоохлаждения на отдельных звеньях конденсаторов самопроизвольно замыкаются реле давления. Блокировка по цепям защиты в нагревателе срывается, что приводит к длительному выводу из строя колебательного контура, но, к сожалению, это до настоящего времени имеет место в практике индукционного нагрева.

Система водоохлаждения конденсаторных блоков должна подвергаться техническим осмотрам и ревизии в соответствии со сроками технических ремонтов. В это; время производится про-

мывка системы растворами для удаления отложений солей и грязи. О наличии закупорок и недостаточном охлаждении свидетельствует парообразование на сливе системы при нормальных энергетических режимах нагрева.

Выход из строя конденсаторных батарей по причине засорения системы водоохлаждения хотя и носит массовый характер (несколько конденсаторов одновременно), однако составляет около 1-2% от числа вышедших из строя. Для снижения числа выходов из строя конденсаторов желательно изготавливать и устанавливать защитные кожухи, препятствующие попаданию окалины на выводы конденсаторных батарей. Важньш звеном в мероприятиях по обеспечению безаварийной работы является контроль за состоянием установочных поддонов: они должны быть сухими и не допускать замыкания корпусов конденсаторов.

Для устранения механических разрушений и сколов изоляторов каждому блоку конденсаторов должен придаваться заранее подготовленный по габаритным размерам комплект соединительных планок (перемычки, шайбы и т. п.).

При наличии гибких проводов (литцендратом и т. п.) токове-дущие части от нагрева могут провиснуть и замкнуть разноименные шины. Касание одноименных полюсных шин, но с разных точек привязки конденсаторного блока также нежелательно, так как при этом создаются паразитные связи, которые ведут к местным перегревам и выходу из строя элементов контура.

В случае, если произошло механическое повреждение корпуса конденсатора без разрыва емкостной цепи, возможен ремонт. Трещины в сварных и паяных швах можно паять оловянно-свинцовыми припоями (ПОС-30, ПОС-61 и др.). Довольно удачная заделка трещин и сколов может выполняться с помощью стиракрила, который затвердевает при комнатной температуре и не требует специальной оснастки, за исключением оправок и набора разливочных емкостей. Механически разрушенные изоляторы на масляных и соволовых конденсаторах заменялись стиракриловыми с заливкой поврежденного места непосредственно на месте установки конденсатора в условиях эксплуатации и выдерживали механическую и электрическую нагрузку в течение двух лет и более. До 30% конденсаторов, находящихся в эксплуатации, которые были прежде разрушены по различным причинам, восстановлены заливкой стиракрилом.

Вода для охлаждения конденсаторов должна удовлетворять определенным требованиям. Так, по техническим условиям жесткость воды должна быть не более 3 мг экв/л, фактор рН - от 5 до 7,5, механические примеси - не более 40 мг/л, а температура воды должна быть не более +30 deg; С на входе и +40 deg; С на выходе. Эти требования высокие и в производственных условиях крупных цехов (кузнечных, механообрабатывающих) почти никогда не выполняются. Вода в лучшем случае бывает очищенной, с жесткостью и механическими примесями больше нормы, установленной