Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Дианов Андрей Игоревич. Разработка методик расчета, конструкции и режимов работы индукционно-резистивных нагревательных устройств со стержневыми индукторами : Дис. ... канд. техн. наук : 05.09.10 Москва, 2006 118 с. РГБ ОД, 61:06-5/2535

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Анализ систем обогрева емкостей и методов их расче
та
8

1.1 .Постановка задачи 8

1.2.Способы обогрева емкостей для хранения жидкостей 11

1.3.Анализ факторов, влияющих на процесс индукционного нагрева, и

работ по расчету и применению стержневых индукторов 20

1.4.Анализ методов расчета 26

1.5.Задачи, решаемые в диссертации 34

Глава 2. Разработка математической модели и исследование элек
трических и энергетических характеристик нагревательных уст
ройств со стержневыми индукторами
36

  1. Постановка задачи 36

  2. Методика моделирования с помощью пакета Elcut 38

  3. Исследование влияния зазора 43

  4. Определение оптимальных размеров индуктора 46

  5. Исследование влияния частоты 49

  6. Оценка влияния магнитопровода и его геометрических размеров... 50

  7. Экспериментальные исследования электрических и энергетических характеристик стержневого индуктора. Проверка адекватности использованной математической модели 53

  8. Выводы по главе 59

Глава 3. Разработка математической модели и исследование элек
тротепловых характеристик нагревательных устройств со стерж
невыми индукторами
61

  1. Постановка задачи 61

  2. Методика моделирования электротепловой задачи с помощью пакета Elcut 62

  1. Исследование влияния частоты 67

  2. Исследование влияния шага укладки индуктора 70

  3. Исследование нагрева, осуществляемого с помощью индукционно - резистивного нагрева при разном коэффициенте теплопроводности зазора 73

  4. Исследование влияния толщины теплоизоляции 77

  5. Расчет нагрева емкости для воды 79

  6. Исследование влияния теплофизических свойств жидкостей 82

  7. Экспериментальные исследования тепловых характеристик стержневого индуктора. Проверка адекватности разработанной математической модели 84

3.10. Выводы по главе 86

Глава 4. Разработка инженерной методики расчета устройств 87

обогрева емкостей. Рекомендации по их проектированию

  1. Постановка задачи 87

  2. Разработка программы инженерного расчета электрических характеристик устройства 88

  3. Разработка программы инженерного расчета тепловых характеристик устройства 97

  4. Системы питания и управления 103

  5. Рекомендации по проектированию устройства 105

  6. Крепление нагревателя к стенке емкости 106

  7. Пример расчета системы обогрева 109

  8. Выводы по главе 111

Заключение 113

Литература 115

Введение к работе:

В настоящее время индукционные установки находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства благодаря своим высоким энергетическим и технологическим показателям [1, 2, 3]. Индукционный нагрев имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами нагрева: отсутствие контакта между индуктором и нагреваемым изделием; высокая скорость нагрева; высокие тепловой и электрический КПД; простота управления и возможность полной автоматизации процесса нагрева. При индукционном нагреве достигаются высокие значения удельной поверхностной мощности, что сокращает время нагрева и повышает производительность. Замена устаревших методов нагрева более прогрессивным индукционным позволила значительно увеличить объем продукции и снизить затраты труда на нагрев, а также улучшить качество обрабатываемого изделия.

В современной промышленности приходиться сталкиваться с такой проблемой, как загустение (увеличение вязкости) различных жидкостей, хранящихся в емкостях, что влечет за собой снижение скорости или вообще остановку транспортировки (перекачки) жидкостей. Для решения этой проблемы следует подогревать емкости с целью стабилизации температуры (компенсации тепловых потерь).

Одним из перспективных направлений применения индукционного и индук-ционно - резистивного нагрева является нагрев и компенсация тепловых потерь емкостей для хранения различных жидкостей, трубопроводов, обогрева валков и т.п. До настоящего времени обогрев емкостей происходил с помощью парового нагрева; нагревательных кабелей, которые укладывались на поверхность резервуара; нагревателей сопротивления, опущенных в резервуар.

По результатам обзора выявлено, что традиционные устройства обогрева не позволяют осуществлять равномерный нагрев - это является их недостатком. При использовании нагревательного кабеля возникает перегрев в местах его прокладки. Для возможности осуществления равномерного нагрева и достиже-

5 ния требуемых температур необходимо использовать индукционно-

резистивные нагреватели со стержневыми индукторами.

Устройство включает стержневые индукторы (круглого или прямоугольного сечения), размещенные на поверхности стенки с определенным шагом. Для питания устройства может использоваться как промышленная, так и средняя частота. В ряде случаев для улучшения электрических характеристик (КПД, активной мощности выделяющейся в загрузке и т.д.) необходимо применять магни-топровод.

В литературе описаны примеры исследования и использования стержневого индуктора. Проф. Г. И. Бабат [4] разработал аналитический метод расчета параметров стержневого индуктора круглого или прямоугольного сечения без магнитопровода. Система индуктор-загрузка состояла из ленты (индуктор), расположенной параллельно бесконечно протяженной металлической плите (загрузка). В результате исследований были получены семейства кривых распределения настила тока в загрузке в зависимости от расстояния между индуктором прямоугольного сечения и плитой.

Н.И. Бортничук экспериментально и теоретически исследовал потери энергии в стальных листах, расположенных вблизи токопровода [5], представляющего собой медный водоохлаждаемый проводник, т.е. стержневой индуктор. При расчетах были сделаны следующие допущения: стальной лист полностью непрозрачен для электромагнитной волны и магнитные свойства стали не зависят от тока в индукторе. В результате были получены зависимости выделяющейся в листе мощности от тока в индукторе.

В ВНИИ электротермического оборудования была разработана установка для низкотемпературного нагрева валков [6]. В ней использован стержневой индуктор с П-образным магнитопроводом для нагрева вращающегося валка. Размеры валков: длина 630 - 2000 мм, минимальный диаметр 370 - 570 мм, максимальный 500 - 850 мм. Одновременно нагреваются два валка.

По результатам обзора литературы было выяснено, что расчеты систем со стержневым индуктором были проведены для узкого интервала значений параметров и общая методика их расчета отсутствует.

Современные методы, основанные на применении ЭВМ, позволяют использовать численные методы расчетов, т.е. существенно расширить возможности расчетов и повысить точность результатов.

В связи с этим определены цели диссертационной работы: разработка математических моделей для расчета электрических, энергетических характеристик системы, а также распределения температуры по стенке; создание физического макета устройства для экспериментальной проверки адекватности полученных математических моделей; разработка инженерной методики расчета электрических, энергетических характеристик системы, а также распределения температуры по стенке для наиболее часто встречающихся в практике значений геометрических и физических параметров устройств.

Полученные инженерные методики были заложены в основу компьютерных программ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Разработана математическая модель индукционного нагревательного устройства со стержневыми индукторами прямоугольного или круглого сечения, с магнитопроводом или без него, реализованная в Elcut. Стержневой индуктор, с магнитопроводом или без него, размещается на нагреваемой поверхности с определенным шагом.

  2. Разработана математическая модель для расчета тепловых процессов в стенке емкости

  3. На основе математической модели проведены исследования влияния геометрических размеров устройства, тока и частоты на электрические и энергетические характеристики системы нагрева, в том числе на электрический КПД. В результате исследований определены основные геометрические размеры и час-

7 тота питания устройства, обеспечивающие высокие значения электрического

КПД.

4. Исследованы зависимости распределения температур по поверхности стенки в зависимости от шага укладки индуктора. На основе исследований выбраны эффективные значения шага по критериям минимального расхода материала и допустимого перепада температур. Практическая ценность состоит в следующем:

  1. Создана и реализована в программе Ind-Lenta_El инженерная методика расчета электрических и энергетических параметров индукционного устройства со стержневым индуктором для выбранных интервалов варьирования наиболее важных для практики параметров.

  2. Создана и реализована в виде компьютерной программы Ind-Lenta_Temp инженерная методика для расчета распределения температур в стенке емкости.

  3. Разработаны рекомендации для проектирования и определения эффективных режимов работы системы обогрева со стержневым индуктором.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры ФЭМАЭК в марте 2005 г., а также на девятой, десятой, одиннадцатой и двенадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в МЭИ (Москва, 2003, 2004, 2005, 2006 г.г.), на второй научно-технической конференции, с международным участием «Электротехника, электромеханика, электротехнология» в НГТУ (Новосибирск, 2005 г.), на второй и третьей международной научно-практической интернет - конференции «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» в ОрелГТУ (Орел, 2004, 2005 г.г.)

По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы; количество страниц 118, иллюстраций 60, число наименований использованной литературы 44 на 4 страницах.

Подобные работы
Шатов Виталий Александрович
Разработка методики расчета и исследование коаксиальной индукционно-резистивной системы нагрева промышленной и повышенной частоты
Макаров Роман Анатольевич
Разработка методики расчета энергетических показателей электрических дуг и способов их повышения в дуговых сталеплавильных печах
Хацевский Владимир Филатович
Теория и практика использования нестационарных режимов работы сверхмощных рудовосстановительных электропечей в условиях изменения их мощностей
Эльмутаз Билахи Таха Мухамед Абдулла
Разработка, методика расчета и математическое моделирование индуктора магнитотурботрона
Пириев Айдын Юнус оглы
Разработка методики расчета доковых конструкций гидротехнических сооружений на действия статических, динамических и температурных воздействий
Белоусов Алексей Григорьевич
Разработка конструкции и методики расчета фрикционно-полимерных поглощающих аппаратов
Аюпов Тафкил Хаматдинович
Разработка конструкции и методики расчета кулачково-рычажной системы управления муфтой винтового пресса
Аманжолов Галым Машекович
Разработка и совершенствование конструкции и методики расчета перепадных колодцев
Севастьянов Владимир Апполинарьевич
Разработка методики расчета и создание рациональной конструкции канатного грейфера-рыхлителя для смерзшихся сыпучих материалов
Емельянов Михаил Дмитриевич
Исследование накопления усталостных повреждений и разработка методики расчета вероятности их появления в продольных связях судокорпусных конструкций

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net