Расчет и выбор индукционной печи

3.1. Определение необходимой мощности установки

Количество тепла, требуемого для нагревания заданного количества воздуха Qв, кДж, определяем по формуле:
Qв = сl (tk – tн)      (3.1)
где с - средняя удельная теплоемкость воздуха, принимаем с=1,3 кДж/(м3 ̊С);[1]
l - производительность вентилятора, м3/с;
tк - температура, до которой должен быть нагрет воздух, ̊С;
tн - первоначальная температура воздуха, ̊С (температура цеха);

Qв = 1,3 1,1 (200 – 23) = 253 кДж.

Мощность (предварительная) электрического нагревателя, Pn, кВт, определяем по формуле:
Pн = 1,3Qв/t,      (3.2)
где 1,3 - коэффициент запаса, который учитывает неучтенные потери тепла через стенки калорифера и печи;
t - время, с; принимаем t = 1c;[1]
Рн = 1,3253/1 = 329 кВт.

В зависимости от полученной мощности и количества ступеней регулирования температуры принимаем для установки два-три калорифера.
Мощность одного калорифера Pк, кВт, определяем по формуле:
Pk = Pн/n,      (3.3)
где n - число принятых калориферов, принимаем n = 1
Pk = 329/1 = 329 кВт.

Мощность одной фазы каждого калорифера, Рф, кВт определяем по формуле:
Рф = Рк/З,      (3.4)
Рф = 329/3 = 110 кВт.

При заданном напряжении калорифера Uк = 380 В выбираем ТЭН – 100А13/1,6O380, который имеет следующие параметры:
Uн = 380 В;
Pн = 1,6 кВт;
Iн = 4,21 А;
Rн = 90,25 Ом;
Wдоп = 4,26 Вт/см2;
lА = 920 мм;
d = 13 мм;
m = 0,66 кг.

3.2. Выбор частоты

Диапазон частот при сушке двигателя:
     (3.5)



По расчетной величине выбираем ближайшую большую, на которую выпускают высокочастотные преобразователи [1].
Принимаем частоту 8000Гц.
Условие правильного выбора частоты при нагреве материалов:
D2 /     (3.6)
где D2 - диаметр, м;
Z a - глубина проникновения тока в металл, м.

Za = 503      (3.7)
где μ - относительная магнитная проницаемость металла. Для стали в расчетах принять = 1;
- удельное сопротивление стальной заготовки (при =10250С составляет [8].

.
- условие выполняется.

3.3. Определение мощности и размеров индуктора

Средняя полезная мощность (Вт) за время нагрева двигателя определяется по формуле:

Рn = mC(t2 – t1)/τk,     (3.8)

где m = Vp/ст - масса заготовки, кг;
С=668 Дж/ (кг°С) - средняя удельная теплоемкость стали;
t2,t1 - температура нагрева: начальная и конечная, °С;
τk - время нагрева до конечной температуры при нормируемом теплоперепаде, с;
p/ст = 7860 кг/м3- средняя плотность стали (за время нагрева);
-объем заготовки, м3


кг.

Время нагрева τk при теплоперепаде ∆t между поверхностью и центром двигателя:

t = 100°С, ,    (3.9)

где D/22 = D2 – Zак - расчетный диаметр заготовки, м.
Глубина проникновения тока в заготовку в конце нагрева для углеродистых сталей:



с.
Получаем:
.

Удельная полезная мощность на поверхности двигателя, Вт/ :
,      (3.10)
где S - площадь поверхности ,м2.
Вт .

Воздушный зазор между индуктором и нагреваемым двигателем h принимается в рамках 2-5 мм при D2, меньшем 50мм. Увеличение зазора понижает КПД и cos индуктора. Длину индуктора принимаем примерно равной длине заготовки:
D1 = D2 + ∆h, l1 ≈ l2,     ( 3.11)
Размер индуктора:
 Диаметр м.
 Длина м.
 Толщина стенки трубки индуктирующего провода при частотах до 104 Гц.

,      (3.12)

где - глубина проникновения тока в медь, м.
м.

      (3.13)



Индуктор изготавливается из медной трубки круглого или прямоугольного сечения. Используется электротехническая медь марок МО или Ml, которые обладают минимальным удельным сопротивлением. Удельное сопротивление меди можно считать (0,018-0,02) Ом м.

2020 г.