Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в металлургической промышленности широкое применение находят высокоинтенсивные системы индукционного нагрева движущихся с высокой скоростью длинномерных трубных заготовок Эти системы чаще всего состоят из нескольких последовательно расположенных индукторов, внутри которых перемещается заготовка, а также высокочастотных полупроводниковых источников питания Автоматическое управление мощностью индукторов в зонах нагрева и термостатирования должно обеспечивать достижение заготовкой заданной температуры даже при существенной неравномерности температур на входе в линию нагрева С учетом сказанного, проблема создания эффективной системы индукционного электронагрева трубных заготовок, а также связанная с этим задача разработки средств математического моделирования динамических режимов ее работы являются безусловно актуальными.
Цель работы состоит в разработке элементов высокоинтенсивной системы индукционного нагрева трубных заготовок и формировании эффективных режимов ее работы
Достижение данной цели предполагает решение следующих задач
анализ характеристик установок для индукционного нагрева трубных заготовок в технологических линиях производства бесшовных труб,
создание математической модели и компьютерной методики исследования динамических режимов работы системы электронагрева трубной заготовки,
разработка полупроводникового источника питания индукторов,
формирование эффективных режимов работы системы электронагрева за счет регулирования мощности индукторов
Методы исследования. Исследование электромагнитных и тепловых процессов в элементах системы индукционного нагрева трубной заготовки проводилось методами теории цепей на основе детализированных электрических, магнитных и тепловых схем замещения с использованием методов теории поля Корректность полученных результатов проверялась исследованиями промыш-
4 ленной системы электронагрева, а также путем моделирования некоторых режимов работы установок с использованием лицензионного пакета Elcut
Научная новизна работы состоит в создании математической модели для исследования электрических, магнитных и тепловых процессов системы «полупроводниковый преобразователь - индуктор - движущаяся труба» с учетом совместной работы преобразователя и нагревателя, влияния продольного краевого и толщинного эффектов в последнем, дискретности распределения МДС индуктора по длине, а также различной степени перекрытия индуктора вторичным элементом Модель построена на основе детализированных электрических, магнитных и тепловых схем замещения, что позволило в рамках теории цепей сохранить преемственность с классическими методами анализа, но вложить в нее возможность учета указанной специфики процессов в таких системах Предложены передаточные функции и структурные схемы системы нагрева и ее элементов, а также способы и устройства ее управления.
Практическую ценность работы составляют.
исследование характеристик и передаточных функций промышленной системы индукционного нагрева трубных заготовок в технологии производства бесшовных труб, результаты спектрального анализа распределения температур вдоль трубной заготовки и рекомендации по выбору длины индуктора и типа источника питания,
методика расчета электромагнитных и тепловых характеристик индукционного нагревателя трубной заготовки с совместным учетом различного перекрытия индуктора вторичным элементом, толщинного и продольного краевого эффектов, дискретного распределения МДС по пазам индуктора, неравномерности распределения магнитной проницаемости по слоям загрузки,
рекомендации по формированию режима термостатирования при неравномерно нагретой заготовке на входе в линию электронагрева,
рекомендации по построению полупроводниковых преобразователей, питающих индукторы,
5 - методические материалы для проведения лабораторной работы по исследованию индукционных нагревателей студентами специальностей «Электротехнологические установки и системы» и «Электрические и электронные аппараты»
Реализация результатов работы. Модернизирована линия индукционного нагрева трубных заготовок перед редукционным станом трубопрокатного цеха Синарского трубного завода
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на Съезде литейщиков, 26-27 05 2005, Новосибирск, Международной научно-технической конференции по электронагреву HES - 04, Padua (Italy), 2004, Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы индукционного нагрева АРШ-05», 25 05 05-26 05 05, Санкт-Петербург, Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные проблемы ресурсо- и энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-06», 19 04 06-21 04 06, Екатеринбург, 11-й Международной научно-технической конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты МКЭЭЭ-2006 (ICEEE-2006)», 18 09 06-23 09 06, Крым, Алушта, 12-й Международной Плесской научно-технической конференция по магнитным жидкостям, Иваново, 2006, Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XIII Бенардосовские чтения) Иваново, 2006
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, получено 6 авторских свидетельств и патентов на изобретение
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (82 наименования), пяти приложений Объем работы включает в себя 145 страниц основного текста, 11 таблиц и 85 рисунков, 10 страниц списка литературы, 49 страниц приложений
Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук, профессору В В Шипицыну за помощь и поддержку при выполнении работы
