ИНДУКТОР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ НАГРЕВА ИЗДЕЛИЙ ШАРООБРАЗНОЙ ФОРМЫ "ГИПЕРБОЛОИД-ЛИПЕЦК" Российский патент 2009 года по МПК C21D9/36 C21D1/42 

Изобретение относится к области термической обработки изделий с применением индукционного нагрева, в частности шаров (мелющие тела, шарики подшипников качения и клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойкие шарики в клапанах глубинных насосов и др.).

Известен индуктор непрерывного действия для нагрева изделий шарообразной формы, содержащий индуктирующий провод, навитый вокруг прямоугольного направляющего желоба, имеющего корытообразное -сечение и изогнутого в цилиндрическую винтовую спираль с вертикальной осью симметрии (патент РФ №2316603, 10.05.2006).

Недостатком конструкции этого известного индуктора является то, что она не обеспечивает симметричный нагрев изделий шарообразной формы. Предопределен этот недостаток тем, что при скатывании шаров по направляющему желобу, изогнутому в цилиндрическую спираль, одновременный динамический контакт со спиральной дорожкой и наружной вертикальной стенкой желоба побуждает их к вращению вокруг оси, геометрически суммирующейся только в двух координатах - X и Y - на плоскости «центр шара - линия вертикальной оси симметрии индуктора».

При движении шара в индукторе эта плоскость постоянно нормальна к направлению магнитного потока в месте пересечения, соответственно будет нормальна к нему и суммированная ось вращения изделия.

Отсюда, употребляя понятия «полюс» и «экватор», заведомо неравномерная плотность воздействия магнитного потока на поверхность шара: максимальная в экваториальном поясе, убывает практически до нулевой на околополюсных участках.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание индуктора непрерывного действия для нагрева изделий шарообразной формы, обеспечивающего их симметричный нагрев.

Решение поставленной задачи достигается в конструкциях индукторов с направляющим желобом корытообразного -сечения, изогнутым в фасонную спираль с переменной кривизной витков, геометрически вписанную в поверхности (вариантно): усеченных конусов, бочкообразную, однополостного гиперболоида или в другие поверхности второго порядка.

При скатывании шаров по направляющим желобам таких конфигураций они побуждаются к вращению одновременно вокруг трех осей в прямоугольных координатах X, Y, Z со стереометрическим суммированием в поворачивающуюся ось с пространственно переменным направлением - от параллельного оси X на входе в индуктор, до диагонали параллелепипеда на выходе.

Предлагаемая конструкция индуктора предпочтительной гиперболоидной конфигурации представлена на фиг.1 и фиг.2 - вид А на фиг.1, где:

1 - желоб, подающий шары из подбункерного питателя дискретного действия;

2 - индуктирующий провод;

3 - направляющий желоб, изогнутый в фасонную спираль, вписанную в поверхность однополостного гиперболоида;

4 - нагреваемое изделие;

F - фокусы образующих гиперболоидной поверхности.

Динамика движения шара в этом индукторе описывается следующим образом.

На входе в направляющий желоб шар, движимый силой F₁=mg·sinα, вращается вокруг горизонтальной оси X (m - масса изделия, α - угол подъема спиральной дорожки направляющего желоба). Далее динамический контакт поверхности шара с наружной вертикальной стенкой желоба под воздействием нарастающей центробежной силы побуждает нагреваемое изделие к вращению вокруг вертикальной оси Y (V и r переменные: тангенциальная скорость и радиус кривизны траектории центра шара относительно полюса О на фиг.2).

Одновременно побуждается вращение шара вокруг третьей оси в прямоугольных координатах - Z благодаря возрастающей кривизне витков спирали до фокальной плоскости гиперболоида и последующему убыванию ее в витках желоба ниже фокальной плоскости (на фиг.1 перемещение шара из пункта «а» в пункт «б» равнозначно скатыванию его по отрезку гиперболической образующей «аб» и далее, до пункта «в», с вращением шара вокруг оси Z в обратную сторону на отрезке «бв»).

На практике искомая равномерность нагрева достигается варьированием фокального расстояния гиперболической спирали желоба (регулирование «крутизны» изменения радиуса кривизны) и числом витков желоба (изменение длины отрезков, образующих «аб» и «бв»).

Благодаря подаче шаров в индуктор с временными интервалами (питатель дискретного действия) в движении по желобу они разделены между собой дистанциями, предотвращающими их взаимоэкранирование в магнитном потоке.

Техническим результатом заявленной совокупности существенных признаков является симметричный нагрев изделий шарообразной формы в индукторах непрерывного действия в сочетании с известными уникальными преимуществами индукционных термических установок: энэргоэкономичный прямой нагрев без окисления и обезуглероживания, высокая производительность и точность регулирования заданной глубины нагрева.

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки изделий шарообразной формы, в частности в массовых производствах мелющих тел, шариков подшипников качения и клапанов в гидравлических системах, в том числе высокоизносостойких шариков в обратных клапанах глубинных насосов для нефтедобычи и др. Для осуществления симметричного нагрева изделий шарообразной формы без окисления и обезуглероживания индуктор содержит индуктирующий провод, навитый вокруг прямоугольного направляющего желоба корытообразного -сечения, изогнутого в спираль с вертикальной осью симметрии, при этом направляющий желоб изогнут в фасонную спираль с переменной кривизной витков, геометрически вписанную в поверхности усеченных конусов или однополостного гиперболоида, или бочкообразную, или в другие поверхности второго порядка. При скатывании шаров по направляющему желобу такой конфигурации они побуждаются к вращению одновременно вокруг 3-х осей в прямоугольных координатах - X, Y, Z со стереометрическим суммированием в поворачивающуюся ось вращения с пространственно переменным направлением, что обеспечивает равномерную плотность воздействия магнитного потока на всю поверхность изделия соответственно и симметричный нагрев. 2 ил.

Индуктор непрерывного действия для нагрева изделий шарообразной формы, содержащий индуктирующий провод, навитый вокруг прямоугольного направляющего желоба корытообразного -сечения, изогнутого в пространственную спираль с вертикальной осью симметрии, отличающийся тем, что направляющий желоб изогнут в фасонную спираль с переменной кривизной витков, геометрически вписанную в поверхности усеченных конусов или однополостного гиперболоида, или бочкообразную, или в другие поверхности второго порядка.