КАТУШКА ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛКОВ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК H05B6/10 

Изобретение относится к катушке для индукционного нагрева поверхности вращающихся валков из электропроводного материала для обработки давлением с температурой из бумаги или подобных материалов.

Индукционный обогрев валков служит для того, чтобы повысить температуру поверхности валка, чтобы обработку давлением полосы материала, проходящей по валку, можно было бы проводить при повышенной температуре, например, при каландровке полотна бумаги. Для этой цели вдоль поверхности валка плотно друг рядом с другом ставят большое количество катушек, которые вместе повышают уровень температуры, но могут также управляться и раздельно, чтобы получить определенный температурный профиль поверхности валка, скажем, если бумажная полоса требует повышения температуры в определенном месте, или чтобы за счет местного повышения температуры увеличить в этом месте диаметр валка и таким образом линейное давление в соответствующем месте.

Из [1] известна катушка для индукционного нагрева поверхности вращающихся валков из электропроводного материала для обработки давлением и температурой полотнищ из бумаги или подобных материалов, содержащая пластмассовый держатель, который имеет торцевую поверхность в виде части цилиндра, согласованную по радиусу с периметром валка и приспособленную для размещения плотно перед периметром валка, и катушку, вложенную в полимерный носитель непосредственно за торцевой поверхностью.

На практике они состоят из пластмассового бруска, передняя сторона которого геометрически подогнана под окружность валка, т.е. является частично цилиндрической. Плотно под самой частично цилиндрической поверхностью в пластмассовый брусок заделана собственно катушка, которая выполнена из многожильного проводника-литцендрата, содержащего много жил, который имеет примерно прямоугольное сечение. Проводник намотан спиралью, причем сечение проводника узкой стороной обращено к поверхности каркаса. Спираль простирается частично и цилиндрической области пластмассового бруса. Поверхность с малым зазором обращена к поверхности валка без касания.

Запитка этой катушки производится средней частотой, например, в диапазоне 15 18 кГц. Вследствие этой относительно высокой частоты требуется выполнение проводников катушки в виде многожильного литцендрата с отдельными проволоками в лаковой изоляции. Катушка включена в колебательный контур, напряжение которого составляет примерно 800 В.

C помощью катушек этого типа до сих пор были достижимы температуры на поверхности валка, состоящего в большинстве случаев из стали, в диапазоне примерно 160^oC. Сейчас, однако, существует тенденция повышать температуру на поверхности валка примерно до 250^oC.

Чтобы получить такие температуры, требуется, естественно, повысить мощность на индукционной катушке. Заделанные в пластмассу проводники катушки при этом сами сильно разогреваются, причем с одной стороны за счет индукционного эффекта, а с другой стороны за счет отражения тепла от сравнительно горячей поверхности валка. Оказалось, что обычно индукционные катушки описанного выше рода не выдерживают нужного повышения мощности и передняя поверхность пластмассового каркаса через некоторое время лопается. Во многих случаях через шесть часов такая катушка уже неработоспособна.

В основу изобретения положена задача сделать пригодными катушки указанного рода для эксплуатации при повышенных рабочих температурах.

Эта задача решается следующими признаками изобретения.

Катушка для индукционного нагрева поверхности валков из электропроводного материала для обработки давлением и температурой полотнищ из бумаги или подобных материалов выполнена в виде пластмассового держателя, который имеет торцевую поверхность в виде части цилиндра, согласованную по радиусу с периметром валка и приспособленную для размещения плотно перед периметром валка, и катушки, вложенной в полимерный носитель. Непосредственно за торцевой поверхностью, в которой перед торцевой поверхностью предусмотрена плоская перекрывающая торцевую поверхность, находящуюся в плоском теплопроводящем контакте с торцевой поверхностью, омываемую жидкой охлаждающей средой охлаждающую камеру, которая окружена вокруг до выводов перемычкой постоянной высоты и перекрыта плотно с соединяемой с перемычкой тонкостенной, коаксиальной к торцевой поверхности крышкой из пластмассы.

Ограничивающая поверхность крышки, обращенная к периметру валка, выполнена интенсивно отражающей.

За счет охлаждающей камеры достигнуто, что торцевая поверхность пластмассового держателя может поддерживаться при настолько низкой температуре, что не происходит разрушения, и повышенные температуры на поверхности валка могут поддерживаться в течение продолжительного времени. Эксперименты показали безупречную работу в течение 42 часов.

Жидкая охлаждающая среда имеет не только функцию отвода тепла от передней области пластмассового каркаса, но одновременно отражает идущее от поверхности валка тепловое излучение, охлаждая таким образом переднюю поверхность каркаса. Отводимая тепловая мощность для катушки обычной величины составляет примерно 100 Вт, что жидким охлаждающим средством может быть осуществлено также без большого его расхода. Предпочтительной охлаждающей средой является вода.

Водяное охлаждение в привязке к катушкам индукционного нагрева само по себе известно [2] когда индуктивный проводник омывается охлаждающей водой. По изобретению, однако речь идет о более высокой концентрации мощности, более высоких частотах и большем количестве витков, у которых прямой поток охлаждающий воды через отдельный проводник больше не может быть реализован.

Важное исполнение изобретения заключается в том, что обращенная к валку пограничная поверхность охлаждающей камеры выполняется с повышающейся отражающей способностью (пункт 2 формулы изобретения). Таким образом, излучаемый валком тепловой поток лишь частично поглощается охлаждающей камерой.

Повышение отражательной способности охлаждающего элемента не может осуществляться путем металлизации или нанесения металлических зеркальных элементов, потому что они подвергаются индукционному воздействию и нагреваются при этом. Поэтому требуется, за счет повышения степени белизны и полировки получать максимальную отражающую способность, т.е. максимальное отношение падающего к отраженному количеству излучения.

На чертеже схематично приведен пример выполнения изобретения, фиг. 1 - вид сбоку расположенной у поверхности валка катушки, частично в разрезе; фиг. 2 вид слева на поверхность катушки фиг. 1 по линии А А на фиг. 1; фиг. 3 частичный разрез по линии Б Б фиг. 2.

Катушка содержит пластмассовый держатель 1 блока-квадрата с частично цилиндрической торцевой поверхностью 2, которая подогнана под периметр 3 вращающегося валка 4, т.е. выполнена соосно ему. Вращающийся валок 4 показан в виде полого стального вала, сквозь который по длине проходит не показанная поперечная балка и посредством гидравлических опорных устройств изнутри опирается на невращающуюся поперечную балку.

Близко под передней поверхностью 2 находится показанная на фиг. 1 лишь в общих чертах индукционная катушка 5, ось которой перпендикулярна к поверхности валка, и которая расположена по спирали в частично цилиндрической коаксиально к поверхности 3 или периметру 3 валка зоне 6. Проводник катушки 7 выполнен также многожильным литцендратом 8 с очень большим количеством изолированных друг относительно друга лаком отдельных жил 9. Поперечное сечение многожильного проводника 7 прямоугольное, причем длина прямоугольника во много раз превышает его ширину. Как видно на фиг. 3, проводник стоит ребром, т.е. перпендикулярно к периметру валка своей продольной прямоугольной стороной в поперечном сечении.

"Вид в плане" катушки 5 показан на фиг.2, на нем показан ход средней линии 10 проводника 7 катушки. Проводник 7 катушки проходит своей средней линией 10 от подвода 11 вдоль прямоугольника (согласованному с сечением пластмассового каркаса 1) по спирали от подвода 11 до отвода (обратного провода) 12 и образует таким образом в примере выполнения спиральную катушку с шестью витками.

Катушка 5 залита в материал пластмассового держателя 1. Торцевая поверхность 2 пластмассового держателя 1 с малым зазором следует окружности 3 валка. Находящийся вблизи торцевой поверхности 2 каркас 1 находится под значительным температурным воздействием, которое, вследствие различия материалов катушка 5 и пластмассового каркаса 1, приводит к разрушению тогда, когда требуется особо высокая мощность.

По этой причине перед торцевой поверхностью 2 предусмотрен в целом плоскостной, обозначенный в целом цифрой 20 и полностью перекрывающий торцевую поверхность 2 охлаждающий элемент, выполненный в виде охлаждающей камеры 13, сквозь который пропускается охлаждающая вода 14. Охлаждающая камера 13 ограничена перемычкой 15, окружающей переднюю поверхность 2, на которой помещена плотно крышка 16 в виде тонкого пластмассового листа толщиной, например, 1 мм, так что охлаждающая камера 13 герметично закрыта за исключением подвода 17 и отвода 18 для воды. Так как окружающая камеру перемычка 15 имеет одинаковую высоту по окружности, например, 3 мм, крышка 16 самостоятельно принимает форму, согласованную с периметром (окружностью) 3 валка с минимальным зазором. Высота камеры 13 должна быть минимально возможной, чтобы катушка 5, несмотря на наличие охлаждающего элемента 20, могла находиться как можно ближе к окружности 3 валка, что способствует повышению КПД индукционного нагрева катушкой 5.

Обращенная к окружности валка 3 поверхность листовой крышки 16 охлаждающей камеры 13 выполнена белой и полированной, чтобы максимально возможная часть тепла излучаемого окружностью валка 3 отражалась обратно.

Сущность изобретения: индукционная катушка для обогрева вращающегося валка погружена в пластмассовый каркас. Для охлаждения пластмассового каркаса в области катушки на обращенной к окружности валка передней поверхности пластмассового каркаса предусмотрен охлаждающий элемент в виде плоской охлаждающей камеры, через которую может протекать жидкая охлаждающая среда. Конструкция позволяет повысить прочность благодаря охлаждению. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Катушка для индукционного нагрева поверхности вращающихся валков из электропроводного материала для обработки давлением и температурой полотнищ из бумаги или подобных материалов, содержащая пластмассовый держатель, который имеет торцевую поверхность в виде части цилиндра, согласованную по радиусу с периметром валка и приспособленную для размещения плотно перед периметром валка, и катушку, вложенную в полимерный носитель непосредственно за торцевой поверхностью, отличающаяся тем, что перед торцевой поверхностью предусмотрена плоская, перекрывающая торцевую поверхность, находящаяся в плоском теплопроводящем контакте с торцевой поверхностью, омываемая жидкой охлаждающей средой охлаждающая камера, которая окружена вокруг до выводов перемычкой постоянной высоты и перекрыта плотно соединяемой с перемычкой тонкостенной, коаксиальной к торцевой поверхности, крышкой из пластмассы. 2. Катушка по п. 1, отличающаяся тем, что обращенная к периметру валка ограничивающая поверхность крышки выполнена интенсивно отражающей.