Устройство для индукционного нагрева изделий Советский патент 1992 года по МПК H05B6/36 

Изобретение относится к области электротермии, в частности к конструкции индуктора для нагрева длинномерных изделий.

Известны индукционные нагревательные устройства, называемые индуктор - трансформатор или индуктор - концентратор, в которых согласующий трансформатор совмещен с индуктором: вторичная обмотка трансформатора (точнее, ее активная часть) выполняет роль индуктирующего элемента, например, индуктор - трансформатор по а.с. № 1128407. (1)

Недостатком этой конструкции является низкий к.п.д. вследствие незначительной электромагнитной связи между обмотками, а также между самим устройством и нагреваемым объектом. Это объясняется отсутствием магнитопровода в конструкции устройства.

К недостаткам устройства по а.с. № 1501894 можно отнести то, что его активная зона не изолирована от внешней среды. Это значительно снижает к.п.д. устройства. (2)

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому устройству является устройство для индукционного нагрева изделий, выбранное в качестве прототипа, содержащее трансформатор, первичная обмотка которого расположена на тороидальном сердечнике, а вторичная выполнена в виде объемного витка с кольцевой щелью на внутренней его поверхности, контактные элементы, выполненные в виде двух кольцех|

о

О О СП

Оч

вых пластин с центральными отверстиями, и индуктор, выполненный в виде по меньшей мере одного проводника, подсоединенного к краям щели через контактные элементы. (3)

Недостатком известной конструкции является ограниченность ее технологических возможностей, т.к. с помощью такого устройства нельзя осуществлять, например, равномерный продольный нагрев длинномерных изделий. Во-первых, постольку поскольку электромагнитное поле в устройстве-прототипе, возбуждаемое током индуктора, распределено в сравнительно узком объеме, обусловленном размером щели на внутренней поверхности объемного витка, то температурный градиент будет очень большим. Это влечет за собой коробление нагреваемого изделия. Во-вторых, неизбежные неуправляемые скачки напряжения в индуктивной цепи могут привести к пережиганию обрабатываемого длинномерного изделия в области узкого кольца нагрева. В результате возможен большой процент выхода бракованной продукции.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для индукционного нагрева изделий, содержащем трансформатор, первичная обмотка которого расположена на тороидальном сердечнике, а вторичная выполнена в виде охватывающего сердечник объемного витка с кольцевой щелью, расположенной на внутренней поверхности витка, контактные элементы, выполненные в виде двух кольцевых пластин с центральными отверстиями, и индуктор в виде по меньшей мере одного проводника, присоединенного к краям отверстий, контактные элементы представляют собой торцовые поверхности объемного витка индуктора - трансформатора.

В другом варианте индуктор выполнен в виде n-го количества линейных проводников, расположенных по продольной оси витка с возможностью осуществления равномерного нагрева n-гранных стержней, труб.

С целью равномерного нагрева труб индуктор может быть выполнен в виде одно- или многозаходной спирали.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для индукционного нагрева отличается тем, что контактные элементы представляют собой торцовые поверхности вторичного витка, так что с рабочей стороны устройства образуется цилиндрическая полость. Вторичный виток замкнут накоротко n-ым количеством линейных проводников, расположенных по продольной оси устройства, или проводником в виде одно- или многозаходной спирали. Такой конструкцией обеспечивается возможность осуществлять продольный равномерный нагрев длинномерных изделий.

Т.о. заявляемое устройство соответст0 вует критерию изобретения Новизна.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что по5 зволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию Существенные отличия.

Наи фиг, 1, 2 изображено предлагаемое устройство с различными вариантами ин0 дуктирующих проводов с сегментным вертикальным разрезом для наглядности показа конструкции.

Устройство для индукционного нагрева изделий (фиг. 1) содержит тороидальный

5 сердечник 1 с первичной обмоткой 2 и вторичным витком, содержащим цилиндр 3 и торцовые диски (контактные элементы) 4 с отверстиями 5 в центре. Вторичный виток замкнут накоротко n-ым количеством линей0 ных проводников 6.

На фиг. 2 изображен вариант устройства со спиральным индуктирующим проводом 7.

Принцип действия предлагаемого тех5 нического решения рассмотрим на примере работы устройства по первому варианту конструкции (фиг. 1).

Переменный ток, поступая от источника (на чертеже не показан) на первичную об0 мотку трансформатора, создает в его сердечнике 1 переменное электромагнитное поле. Переменное поле сердечника 1 возбуждает ha концах линейных проводников 6 переменную э.д.с. Линейные проводники 6

5 контактируют с краями отверстий 5 в торцовых дисках 4 вторичного витка. Образована замкнутая электрическая цепь (линейные проводники 6 - торцовые диски 4 - цилиндр 3), в которой под действием э.д.с. возникает

0 переменный ток. Ток, проходя по замыкающему проводнику 6, возбуждает вокруг него (как и вокруг любого проводника с током) переменное электромагнитное поле, которое воздействует на обрабатываемый объ5 ект, возбуждая в нем в свою очередь вихревые токи. Вихревые токи вызывают нагрев обрабатываемого изделия.

Предлагаемое техническое решение обладает широкими технологическими возможностями:

-нагрев продольных швов в трубах под сварку;

-нагрев п-гранных стержней, труб;

-равномерный нагрев труб различного диаметра и т.п.,

и несет также такие конструктивные преимущества как компактность.

Формула изобретения 1. Устройство для индукционного нагрева изделий, содержащее трансформатор, первичная обмотка которого расположена на тороид льном сердечнике, а вторичная выполнена в виде охватывающего сердечник объемного витка с кольцевой щелью, расположенной на внутренней поверхности витка, контактные элементы, выполнены

0

5

в виде двух кольцевых пластин с центральными отверстиями, и индуктор в виде по меньшей мере одного проводника, присоединенного к краям отверстий, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей устройства, контактные элементы выполнены в виде торцевых поверхностей объемного витка.

2,Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что индуктор выполнен в виде линейных проводников, расположенных по продольной оси витка.

3.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что индукт индуктор выполнен в виде одно- или многозаходной спирали.

Использование: для электротермического нагрева длинномерных изделий. Сущность изобретения: устройство содержит индуктор-трансформатор, образованный кольцевым магнитол роводом 1 с навитой тороидадльно первичной обмоткой 2 и вторичной короткозамкнутой обмоткой, охватывающей магнитопровод 1 с первичной обмоткой 2 (что уменьшает поток рассения), содержащей объемный элемент из высокоэлектропроводящего материала в форме цилиндра 3, замкнутого по торцам дисками 4 с отверстиями 5 в центре. Новым является то, что вторичная обмотка замкнута накоротко с ним или n-ым количеством линейных проводников 6, электрически соединенных по концам с краями отверстий 5 торцовых дисков 4 объемного элемента и являющихся индуктирующими проводами. В другом варианте вторичная обмотка замкнута накоротко проводником в виде одно- или многозаходной спирали, а магнитопровод представляет собой полый цилиндр, набранный из ферритовых колец. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. ел с

Фиг1

Фиг. г