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:

Шатов Виталий Александрович. Разработка методики расчета и исследование коаксиальной индукционно-резистивной системы нагрева промышленной и повышенной частоты : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.10.- Москва, 2006.- 170 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/1552

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

Глава 1. Особенности индукционно-резистивной системы нагрева

(ИРСН) и основные проблемы ее расчета 9

1.1 .Анализ происходящих в ИРСН электромагнитных процессов 9

1,2,Область применения ИРСН 13

1.3 .Анализ физических свойств элементов ИРСН 16

1 АВозможные методы расчета ИРСН 23

1.5.Задачи диссертационной работы 34

Глава 2. Математические модели электромагнитных процессов в

ИРСН.. ; 36

  1. Постановка задачи и выбор методов моделирования 36

  2. Модель №1. Расчет электрических параметров ИРСН по методу МЭИ 38

  3. Модель №2. Расчет электрических параметров ИРСН по методу МЭИ с численным расчетом квазистационарного электромагнитного поля в трубе 43

  4. Модель №3. Расчет нестационарного электромагнитного поля ИРСН... '. 51

  5. Программная реализация математических моделей электромагнитных процессов в ИРСН... 61

  6. Проверка адекватности и оценка точности разработанных математических моделей электромагнитных процессов в ИРСН 62

  7. Выводы по главе 78

Глава 3. Электротепловая модель ИРСН 80

  1. Цель разработки электротепловой модели ИРСН 80

  2. Тепловой расчет ИРСН. 80

  3. Алгоритм электротепловой модели ИРСН 86

  1. Проверка адекватности и оценка точности электротепловой модели ИРСН 88

  2. Выводы по главе 94

Глава 4. Исследование характеристик ИРСН с помощью
разработанных моделей
, 95

  1. Цель исследования 95

  2. Основные электрические характеристики ИРСН 96

  3. Зависимость электрических параметров ИРСН от геометрических размеров ее элементов на промышленной и повышенных частотах 99

  4. Зависимость электрических параметров ИРСН от частоты тока 123

  5. Влияние магнитных свойств трубы на электрические параметры ИРСН.., 126

  6. Влияние температуры элементов ИРСН на ее электрические параметры 135

  7. Влияние диаметра трубы и сечения проводника на температуру проводника 139

  8. Зависимость температуры проводника от мощности ИРСН на промышленной и повышенных частотах 140

  9. Выводы по главе 141

Глава 5. Инженерный расчет и системы питания ИРСН 143

  1. Задачи разработки промышленных ИРСН 143

  2. Разработанные программные средства расчета ИРСН 143

  3. Инженерный расчет ИРСН с использованием программы «IRSN-I». 147

  4. Методика расчета ИРСН для обогрева трубопровода 150

  5. Система питания ИРСН на промышленной частоте 153

  6. Система питания ИРСН на повышенной частоте 156

  7. Примеры ИРСН, построенных с использованием результатов диссертационной работы... 157

  8. Выводы по главе . 158

4
Заключение 159

Литература 16 1

«

Приложение 165

Введение к работе:

В настоящее время в России быстрыми темпами расширяется область применения низкотемпературного электронагрева. В домах появляются теплые полы, обогреваемые крыши зданий и системы водостока зимой остаются свободными от снега и льда, обогреваемые площади, мосты, лестницы не подвергаются обледенению. Обогреваемые железнодорожные и трамвайные стрелочные переводы не подвержены засорению снегом и льдом в зимнее время, что значительно повышает надежность их работы. Крупная область применения низкотемпературного электронагрева — обогрев больших резервуаров с нефтепродуктами и транспортных трубопроводов с целью компенсации тепловых потерь и предотвращения переохлаждения (повышения вязкости или замерзания) хранимого или транспортируемого продукта.

Чаще всего вышеперечисленные задачи нагрева решаются с помощью специальных нагревательных кабелей. В ряде случаев (в основном при обогреве трубопроводов) применяется так называемая коаксиальная индукционно-резистивная система нагрева, которой и посвящена настоящая работа.

Коаксиальная индукционно-резистивная система нагрева (ИРСН) состоит из стальной ферромагнитной трубы и расположенного внутри нее проводника с нагревостойкой изоляцией. С одного конца системы между проводником и трубой подается переменное напряжение, а на другом конце проводник электрически соединяется с трубой. Токи проводника и трубы направлены встречно, и в трубе имеет место ярко выраженный эффект близости. В результате ток в трубе протекает по тонкому слою вблизи внутренней поверхности трубы, а падение напряжения на наружной поверхности трубы оказывается в десятки, а в ряде случаев и в сотни раз меньше напряжения питания. Это, а также такие достоинства как высокая надежность, простота конструкции, хороший тепловой контакт между нагревателем ИРСН и нагреваемым объектом (система может быть приварена к металлической поверхности обогреваемого объекта) дают ИРСН преимущества перед

нагревательными кабелями при решении определенного круга задач низкотемпературного нагрева.

Такие индукционно-резистивные системы нагрева начали применяться за рубежом с 70-х годов XX века для обогрева трубопроводов [1, 2], В России применение отечественных ЙРСН для обогрева трубопроводов стало активно развиваться после 2000 г. Несмотря на солидный срок использования этих систем, до настоящего времени не существовало детального теоретического описания и исследований электромагнитных и тепловых процессов в ИРСН. Единственная известная методика электрического расчета ИРСН, разработанная на кафедре АЭТУС МЭИ, не удовлетворяет современным требованиям, так как адекватна только при условии, что труба выполнена из низкоуглеродистой стали марок 08, 10, 20, 35 и только для промышленной частоты тока. Методики теплового расчета ИРСН известно не было.

С расширением области применения ИРСН и увеличением мощности этих
нагревательных систем возникла потребность в более точных и более
универсальных методиках, расчета. Также возникла необходимость

исследования и теоретического обоснования электрических и энергетических характеристик ИРСН.

В связи с этим определена основная цель диссертационной работы -разработка универсальной методики, позволяющей с высокой точностью рассчитывать электрические и тепловые характеристики ИРСН, а также исследование характеристик и разработка рекомендаций по конструктивному выполнению ИРСН.

В соответствии с этой целью поставлены и решены задачи теоретического и экспериментального изучения и математического моделирования электромагнитных и тепловых полей в ИРСН. Адекватность математических моделей подтверждена экспериментально. На основе математических моделей разработана и реализована в виде пакета программ для персонального компьютера методика расчета ИРСН. Программы позволяют проводить

7 исследовательские и инженерные расчеты ИРСН. С использованием этого пакета программ проведены исследования зависимостей электрических и тепловых параметров ИРСН от основных влияющих факторов: геометрических параметров системы, свойств материала, частоты тока. Исследованные зависимости были объяснены теоретически. Даны рекомендации по выбору конструктивных параметров ИРСН.

При разработке математических моделей ИРСН широко применялись различные численные методы решения математических задач, в том числе метод конечных разностей применительно к решению волновых уравнений электромагнитного поля в-нестационарной нелинейной постановке.

Научная новизна работы состоит в следующем.

  1. Разработана математическая модель квазистационарного электромагнитного поля ИРСН, учитывающая магнитный гистерезис в ферромагнитной трубе. Расчет электромагнитного поля в трубе проводится посредством построения электрической схемы замещения трубы.

  2. Разработана математическая модель нестационарного электромагнитного поля ИРСН, учитывающая магнитный гистерезис в ферромагнитной трубе. Модель позволяет моделировать распространение электромагнитной волны в ферромагнетике с учетом.нелинейных свойств среды (магнитный гистерезис), рассчитывать искажения формы напряжения и тока ИРСН, возникающие из-за нелинейности магнитных свойств трубы.

  3. Выявлены и объяснены, теоретически зависимости электрических и тепловых параметров ИРСН от основных влияющих факторов: геометрических параметров системы, свойств материала, частоты тока.

Практическая ценность и'реализация результатов работы. 1. Разработан программный пакет "IRSN", реализующий математические модели электромагнитных и тепловых процессов в ИРСН. Он позволяет быстро, удобно и с высокой точностью проводить расчет этой нагревательной системы.

  1. Результаты проведенных в работе исследований ИРСН эффективно используются при проектировании и разработке новых модификаций ИРСН.

  2. Практическая значимость модели нестационарного электромагнитного поля ИРСН не ограничивается использованием для расчета ИРСН. С ее помощью можно более точно решать задачи расчета других устройств индукционного нагрева ферромагнитной стали.

  3. В настоящее время на базе модели нестационарного электромагнитного поля в ферромагнитной среде разрабатывается учебная программа для студентов кафедры ФЭМАЭК МЭИ..

Программный пакет "IRSN" и результаты проведенных в работе исследований используются инженерами компании «Специальные системы и технологии» при проектировании, исследовании и разработке новых модификаций коаксиальной индукционно-резистивной системы нагрева.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры ФЭМАЭК в декабре 2005 г., а также на десятой и одиннадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в МЭИ (Москва, 2004, 2005.г.г.), на конференции «Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках» (Тверь, 2004 г.), на конференции «Актуальные проблемы теории и практики индукционного нагрева» (Санкт-Петербург, 2005 г.), на «Всероссийском электротехническом конгрессе» (Москва, 2005 г.). По теме диссертационной работы опубликовано семь печатных работ.

Диссертационная работа. состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы. Общий объем 170 страниц, в том числе 107 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 44 наименований и приложение на 6 страницах.

Подобные работы
Дианов Андрей Игоревич
Разработка методик расчета, конструкции и режимов работы индукционно-резистивных нагревательных устройств со стержневыми индукторами
Макаров Роман Анатольевич
Разработка методики расчета энергетических показателей электрических дуг и способов их повышения в дуговых сталеплавильных печах
Пронин Александр Михайлович
Исследование и разработка методов расчета индукционных систем с магнитопроводами
Шумаков Михаил Александрович
Разработка и исследование системы индукционного нагрева вязких жидкостей при производстве строительных мастик
Бузуев Алексей Николаевич
Разработка и исследование системы индукционного нагрева для пайки многослойных изделий
Крылов Алексей Николаевич
Исследование и разработка системы косвенного индукционного нагрева при производстве пенополистирольных плит
Батищев Арсений Михайлович
Исследование и повышение эффективности системы косвенного индукционного нагрева жидкости
Шатунов Алексей Николаевич
Моделирование и исследование индукционных систем с разрезным проводящим тиглем при плавке оксидных материалов
Процук Иван Александрович
Исследование электромагнитных процессов в системе электропитания плазмотрона с медным электродом для резки металлов
Обухова Алла Васильевна
Исследование и разработка индукционной системы выплавки тротила для конверсионных технологий

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