Индуктор для нагрева и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК H05B6/36 

Изобретение относится к производству и эксплуатации индукторов нагревательных устройств.

Цель изобретения - улучшение технико- экономических характеристик индуктора путем-увеличения витков на единице длины.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез кожуха с закрепленным в нем индуктором; на фиг.2 - вид сверху на кожух с индукторами; на фиг.З - вертикальный разрез кольцевой камеры (справа на этапе витков индуктора перед сплющиванием, слева на этапе витков индуктора после сплющивания).

Индуктор состоит из пустотелых витков 1, выводов 2 и 3, узла рааъема, образованного двумя фланцами 4 и 5 и сменным кольцом 6. Фланец 4 приварен к крайнему витку 1, а фланец 5 - к выводу 2. Индуктор установлен s герметичном кожухе 7 с плитами 8 и 9, магнитопроводами 10-12, Между витками 1 установлены электроизоляционные прокладки 13. Выводы 2 и 3 закреплены на кожухе 7 с помощью втулок 14 и 15, фланцев 16, уплотнительных колец 17 и 18, шпилек 19, шайб 20. гаек 21. Внутри индуктора установлена нагревательная камера 22 с подвижным а вертикальном направлении

дном 23. Индуктор может быть выполнен двухрядным, состоящим из наружной части 24 и внутренней части 25. Высота Н витков индуктора выполнена меньше 1/3 ширины В данных витков. Внутрь витков помещен малосжимаемый материал 26.

На фиг.З индуктор помещен в кольцевую камеру 27, образованную матрицей 28 и пуансоном 29.

Детали 9, 13-15, 22 выполнены из электроизоляционных материалов, а детали 1-6 - из высокоэлектропроводных материалов. Кожух 7 выполнен из немагнитной стали и водоохлаждаемым (водоохлаждение на чертеже не показано). Детали 17 и 18 выполнены из резины, В отверстиях кожуха 7 и на концах шпилек 19, ввинчиваемых в резьбовые отверстия кожуха 7, выполнена коническая резьба, обеспечивающая герметичность соединения кожух-шпилька. Кольцо 6 выполнено из меди, которое перед каждой сборкой подвергают термической обработке (нагреву до высокой температуры и резкому охлаждению в воде), после которой кольцо становится мягким и остается в течение нескольких часов мягким. В качестве малосжимаемого материала 26 используют порошок из легкоплавкого материала.

(Л

00

to о

Ј

Јь

например из висмута, который уменьшается в объеме при переходе из твердого в жидкое состояние и обеспечивающего выплавление висмута из индуктора после его сплющивания, предотвращая при этом коробление индуктора.

На фиг.2 показан вид сверху на кожух, из которого удалены плита 8, верхняя плита 9 и верхние магнитопроводы 11.

Кожух с индуктором собирают следующим образом.

В кожух 7 устанавливают нижнюю плиту 9, на последнюю - мапнпопроводы 10 и 12, наружную часть 24 индуктора, между витками 1 оставляют прокладки 13, присоединяют к крайним виткам индуктора выводы 2 и 3, затем устанавливают внутреннюю часть 25, между витками 1 прокладывают прокладки 13, присоединяют к индуктору выводы 2 и 3, после чет устанавливают нагревательную камеру 22, магнитопроводы 11, верхнюю плиту 9, пли ту 8, на выводы 2, 3 надевают етулки V), 15 с уплотнитель- ными кольцами 17, 18, надевают фланцы 16 и закрепляют их (айками 2 I. Кожух 7 с плитой 8, выгалкивагелем пресса 30 и камерой прессования 31, закрепленной на подвижной траверсе пресса, образуют герметичную камеру, которая соединена с вакуумным насосом (данный насос не показан).

Примером использования заявляемого индуктора является устройство для штамповки металла в твердожидком состоянии. В этом случае заявляемый узел работает следующим образом. При поднятой камере 31 в нагревательную камеру 22 помещают шихтовые материалы, опускают камеру 31 в нижнее положение (как показано на фиг.1). Из камеры, образованной деталями 7, 8, 30 и 31, пыкачивают воздух до разряжения 5-10 мм рт.ст. На индуктор подают напряжение, а внутрь индуктора пускают воду. При прохождении тока по индуктору в шихтовом материале наводятся вихревые токи, происходит нагрев шихтового материала, который нагревается до температуры твер- дожидкого состояния, при которой количество жидкой фазы достигает 30-50%, затем отключают электропитание от индуктора, поднимают выталкиватель 30 и шихтовые материалы в твердо-жидком состоянии перемещают из камеры 22 в камеру 31, в которой проводят формообразование и кристаллизацию под давлением прессованной отливки (в полости камеры 31 на ее верхней части закрепляют мастер-пуансон или вкладыш пресс-формы, который не показан). После получения прессованной отливки камеру 31 поднимают, из нее

извлекают отливку, опускают выталкиватель 30 и дно 23, в камеру 22 помещают новую порцию шихтовых материалов и получают новую отливку.

Из изложенного следует, что заявляемый индуктор вмонтирован в порционную печь, установленную на гидравлический пресс. В такой конструкции определяющим параметром печи является время плавки

шихтовых материалов и высота индуктора. Сила магнитного поля определяется числом ампер-витков индуктора. Чтобы сократить время доведения шихтовых материалов до твердо-жидкого состояния необходимо на

ограниченной высоте нагревательной камеры разместить как можно больше количество витков и пропускать по ним максимально большой ток. Наибольшей плотности тока, пропускаемого по индуктору, можно достичь, если индуктор выполнять водоохлаж- даемым. Для увеличения числа витков индуктора можно выполнять многослойным, но установка витков в несколько рядов является сложной задачей и мы ограничиваемся установкой витков в два ряда. Для частоты тока Гц глубина проникновения в медь Ј 10 мм. Исходя из этого радиальный размер витков рекомендуется выполнять В 15-20 мм, при этом для изгиба

прямоугольного провода на ребро размер его по высоте витка рекомендуется брать не более 1 /3 радиального размера. С этой точки зрения рекомендации верны. Но сила тока ограничивается теплоотдачей индукто

ра, а эта величина зависит от проходного

сечения внутри витка. Чем больше ширина проходного сечения при одной и той же его высоте, тем больше теплоотдача индуктора. С этой точки зрения рекомендация выпол0 нять ширину витков В 15-20 мм не верна. Оставив высоту витков мм, но увеличив ширину витков В до 50 и более мм, мы увеличиваем теплоотвод от витков за счет пропускания по виткам большего количест5 ва воды. Но навивка индуктора из полого профиля на ребро при его высоте меньшей 1/3 ширины профиля является сложной задачей. Поэтому нами разработан способ из- готовления индуктора, состоящий из

0 следующих этапов:

трубу будущего индуктора наполняют малосжимаемым материалом, например легкоплавким материалом;

проводят навивку витков индуктора;

5 навитый индуктор помещают в кольцевую камеру и сплющивают по высоте;

полученный индуктор нагревают до температуры плавления малосжимаемого материала и выплавляют из него легкоплавкий материал;

на поверхность индуктора наносят пленку электроизоляционного материала.

П р и м е р 1. Медную трубку наполняют висмутом в порошкообразном состоянии; проводят навивку витков индуктора; нави- тый индуктор помещают в кольцевую камеру и сплющивают по высоте давлением равным (или большим) пределу текучести отожженной меди (6 кгс:мм2 и более);

полученный индуктор нагревают до температуры плавления висмута (271,3°С или чуть выше) и выплавляют из него висмут;

на поверхность индуктора наносят гальваническим путем пленку из искусственного алмаза, обладающего большой электроизо- ляционностью.

П р и м е р 2. Алюминиевую трубку наполняют висмутом и проводят навивку витков индуктора;

навитый индуктор помещают в кольцевую камеру и сплющивают по высоте давлением равным (или большим) пределу текучести отожженного алюминия (8 кгс:мм2 и более);

полученный индуктор нагревают до температуры 271,3°С (или чуть выше) и выплавляют из него висмут;

на поверхность индуктора наносят оксидную пленку , обладающую большой электроизоляционностью.

Таким образом, улучшение технико-экономических характеристик индуктора достигается прежде всего тем, что высота Н витков индуктора выполнена меньше 1 /3 их ширины В, а также тем. что индуктор выполнен двухрядным, что позволило увеличить количество витков индуктора. Но сборка двухрядного водоохлаждаемого индуктора в герметичном кожухе потребовала снаб- дить индуктор узлом разъема, образованным двумя фланцами и сменным кольцом. При отсутствии сменного кольца после каждой разборки индуктора необходимо проводить отжиг всего вывода, что усложняет сборку индуктора. Гораздо проще проводить отжиг только сменного кольца, установленного между фланцами.

Заполнение трубки индуктора легкоплавким материалом позволяет изготовлять полый индуктор с любым соотношением высоты витков к их ширине и удалять легкоплавкий материал из индуктора без деформирования его витков при удалении легкоплавкого материала. Если в качестве легкоплавкого материала использовать материал, расширяющийся при плавлении материала (например, олово), то при нагреве индуктора прежде чем легкоплавкий материал начнет выплавлять из индуктора, он будет частично деформировать витки индуктора на величину расширения материала при плавлении.

Формула изобретения

1.Индуктор для нагрева, содержащий выполненную из трубчатого с прямоугольным поперечным сечением проводника обмотку и соединенные с ее крайними витками выводы, отличающийся тем, что. с целью улучшения технико-экономических характеристик индуктора путем увеличения количества витков на единицу длины, соединение с выводами выполнено в виде разъемного узла из двух разделенных сменным кольцом фланцев, один из которых жестко прикреплен к указанному витку обмотки, а другой - к выводу, при этом высота витков выполнена меньше 1 /3 их ширины.

2.Способ изготовления индуктора для нагрева, при котором обмотку индуктора навивают из трубчатого проводника, отличающийся тем. что перед навивкой полость трубки заполняют малосжимаемым легкоплавким материалом, после навивки обмотку помещают в кольцевую камеру, сплющивают по высоте и удаляют легкоплавкий материал.

3.Способ по п.2, отличающийся тем. что в качестве малосжимаемого легкоплавкого материала используют порошок висмута.

7

Сущность изобретения: индуктор состоит из витков, выводов и фланцев, кольца, образующих разъёмный узел. При изготовлении индуктора из трубчатого проводника ее полость заполняют малосжимаемым материалом. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.