Индуктор для нагрева цилиндрическихизделий

Индуктор для нагрева цилиндрическихизделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 802379 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.01.79 (21) 2719210/22-02 с присоединением заявки № 271861у5/22-02 (23) Приоритет— (51) М. Кл.

С 21 D 1/06

Н 05 В 6/36

Гасударственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.02.81. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 15.02.81 (53) УДК 621 785. .545.5 (088.8) j

С. Н. Давыдов и И. Т. Речкалов (72) Авторы изобретения!

Щ;"„:,;;,....

Рубцовский проектно-конструкторский технситогияеский -"" -/ институт тракторостроения — i (71) Заявитель (54) ИНДУКТОР ДЛЯ НАГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к индукторам, используемым для местного нагрева цилиндрических изделий с применением токов высокой частоты.

Известны индукторы для местного нагрева изделий (1), которые содержат первичную многовитковую обмотку и вторичную обмотку с прорезью. Вторичная обмотка известного индуктора представляет собой в сечении трапецию, меньшее основание которой обращено к нагреваемому изделию, а большее к первичной обмотке. Длина внутреннего основания вторичной обмотки равна длине нагреваемой части изделия.

Однако в процессе сквозного нагрева объема металла, охватываемого внутренним основанием вторичной обмотки, свойства стали изделия меняются, что приводит к перераспределению электромагнитного поля и к перелонцентрации нагрева, в результате чего длина нагреваемой части изделия выходит за пределы длины внутреннего основания вторичной обмотки и переходная зона между нагреваемой и ненагреваемой частями изделия носит нечеткий, нестабильный характер и во многих случаях превосходит желаемые размеры.

Нестабильность переходной зоны находится в прямой зависимости от нестабильности интенсивности нагрева, т. е. от величины контурного тока в первичной обмотке индуктора. Нестабильная переходная зона между нагреваемой и ненагреваемой частями изделия не удовлетворяет техническим требованиям на многие изделия.

Известен индуктор (2) для нагрева цилиндрических изделий, который также со10 держит первичную многовитковую обмотку и вторичную обмотку с прорезью, состоящую из соосно установленных основной и дополнительных частей, при этом основная часть в сечении имеет форму трапеции, обращенной большим основанием к первичной

1 обмотке. В этом индукторе каждая часть вторичной обмотки несет свою функцию. Так например, одна часть обмотки нагревает галтель, а другая — цилиндрическую поверхность изделия. Интенсивность нагрева изделия от частей вторичной обмотки за о висит от соотношения длин оснований, обращенных к первичной обмотке, к длинам оснований, обращенных к нагреваемому изделию. Наружные основания у обеих частей вторичных обмоток основной и допол802379 ните ной примыкают непосредственно к первичной обмотке и, таким образом, обеспечивается непосредственная электромагнитная связь между первичной обмоткой и частями вторичной обмотки.

В этом заключается недостаток известного индуктора. Наличие непосредственной электромагнитной связи между первичной и всеми частями вторичной обмотки затрудняет создание плавной и стабильной переходной зоны.

Так например, при изменении контурного тока в первичной обмотке соответственно однозначно меняются по величине токи в частях вторичной обмотки, отсюда величина переходной зоны находится в зависимости от нестабильности интенсивности нагрева, т. е. от нестабильности контурного тока.

Целью изобретения является улучшение качества термообработки за счет получения стабильной переходной зоны между нагреваемой и ненагреваемой частями изделия вне зависимости от колебаний контурного тока в первичной обмотке.

Для достижения этой цели в известном индукторе для нагрева цилиндрических изделий, содержащем многовитковую первичную обмотку и вторичную обмотку, состоящую из соосно установленных основной и дополнительной частей, в котором основная часть в сечении имеет форму трапеции, обращенной большим основанием к первичной обмотке, большее основание трапеции выполнено полностью перекрывающим первичную обмотку, а дополнительная часть вторичной обмотки выполнена многовитковой, витки которой установлены с обеих сторон основной части вторичной обмотки.

Другое отличие заключается в том, что витки дополнительной части вторичной обмотки установлены с зазором относительно основной части, сопряжены с ней по конической поверхности и имеют в сечении форму треугольника.

Еще одно отличие индуктора заключается в том, что внутренняя поверхность витков дополнительной части вторичной обмотки выполнена конической.

Кроме того, витки дополнительной части могут быть соединены с основной частью вторичной обмотки и подключены к ней встречно.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема индуктора, у которого витки дополнительной части вторичной обмотки соединены с основной частью вторичной обмотки и подключены к ней встречно. Здесь: 1 многовитковая первичная обмотка; 2 — основная часть вторичной обмотки; 3 — дополнительные многовитковые части вторичной обмотки; 4 — нагреваемое изделие; А— нагреваемая часть изделия;  — переходные зоны между нагреваемой и ненагреваемой частями; на фиг. 2 — индуктор, вид сбоку со схематичным распределением токов в обмотках индуктора и в изделии: 1 ток в первичной обмотке; It — ток, индуцируемый в большом основании в основной части- вторичной обмотки; Is — ток в малом основании в основной части вторичной обмотки; 1» — ток, ответвляющийся в дополнительную часть вторичной обмотки; 1 ток, индуцируемый в изделии от основной части вторичной обмотки; Iq — ток, индуцируемый в изделии от дополнительной части вторичной обмотки; а — точка разветвления тока Is на токи ls и 1», 4 — точка суммирования токов Is и 1», на фиг. 3— конструктивная схема индуктора,у которого витки дополнительной части 5 вторичной обмотки установлены с зазором относительно основной части вторичной обмотки, сопрягаются с ней по конической поверхности и имеют в сечении форму треугольника; на фиг. 4 †. дополнительная часть 6 вторичной обмотки, у которой внутренняя поверхность

gg выполнена конической (4 — угол наклона внутренней поверхности дополнительной час ти вторичной обмотки к изделию); на фиг. 5 схематично показано распределение токов в обмотках индуктора, показанного на фиг. 3;

3> — ток, индуцированный в дополнитель ной части вторичной обмотки в месте, непосредственно приближенном к малому основанию трапеции основной части вторич,ной обмотки; 1 — ток в изделии, индуцированный от тока Iq le — ток, индуциро 0 ванный в дополнительной части вторичной обмотки в месте, непосредственно примыкающем к большому основанию трапеции основной части вторичной обмотки; 1, ток в изделии, индуцированный от тока Is.

Индуктор (фиг. 1) имеет первичную мнои говитковую обмотку 1. Вторичная обмотка состоит из основной части 2 и дополнительных частей 3.

Основная часть 2 представляет собой полый виток с прорезью и в сечении имеет форму трапеции. Большое основание трапеции обращено к первичной обмотке и полностью перекрывает ее. Такая конструкция индуктора исключает электромагнитную связь между первичной многовитковой обмоткой 1 и дополнительными частями 3 втов ричной обмотки. Дополнительные части 3 вторичной обмотки выполнены из нескольких витков и установлены соосно с основной частью 2. Витки дополнительных частей 3 электрически подсоединены к основ$O ной части встречно. Подключение (фиг. 2) произведено по обеим сторонам от прорези витка основной части.

Полости первичной и частей вт;пичной обмотки заполнены проточной водой для охлаждения обмоток. Первичная и торич ная обмотки изолированы друг от;руга.

В индукторе (фиг. 3) дополнител;,.;ая часть вторичной обмотки 5 представляет с.

5 бой два витка с прорезью. Дополнительная часть 5 вторичной обмотки установлена с зазором относительно основной части 2, сопрягается с ней по конической поверхности и имеет в сечении форму треугольника.

Здесь, как и в предыдущем случае, исключается электромагнитная связь между первичной обмоткой 1 и дополнительными частями 5 вторичной обмотки. Таким образом в дополнительных частях вторичной обмотки индуцируется ток только от основной части вторичной обмотки. А это приводит к тому, что в изделии ток,индуцируемый от дополнительной части вторичной обмотки, имеет противоположное направление по сравнению с током,индуцированным в изделии от основной части вторичной обмотки.

Потокосцепление между дополнительной частью вторичной обмотки и изделием можно постепенно уменьшать в направлении от нагреваемой части изделия к ненагреваемой части, если внутреннюю поверхность витков дополнительной части 6 вторичной обмотки выполнить конической (фиг. 4).

Индуктор работает следующим образом. при включении первичной обмотки 1 в высокочастотный контур по ней протекает ток

1 . В большом основании основной части вторичной обмотки, обращенном к первичной обмотке индуцируется в рассматриваемый момент времени ток 1 обратного направления по сравнению с током I>. Линии тока 1, дойдя до прорези основной части вторичной обмотки, разделяются в точке а на ток 1з, линии которого замыкаются по малому основанию основной части вторичной обмотки, и ток 14, линии которого замыкаются по виткам дополнительной части 3 вторичной обмотки. Линии токов 1з и 1 вновь соединяются в точке Ь.

В изделии в зоне А (фиг. 1) от тока 1э основной части вторичной обмотки индуцируется ток 1р (фиг. 2), вызывающий нагрев изделия.

При сквозном прогреве объема металла в зоне А (фиг. 1) в силу изменения свойств стали изделия линии тока 1 переконцентрируются и больше тяготеют к холодному металлу в зоне В, вызывая его активный разогрев. Однако, в зонах В изделия от токов

1» в дополнительных частях вторичной обмотки индуцируется ток Iq, линии которого направлены встречно линиям тока Ig. Таким образом результирующий наведенный ток в зонах В изделия значительно уменьшается или равен О.

Чем в большей степени прогревается зона А изделия, тем в большей степени линии тока 1 стремятся переместиться в более холодную зону В, но тем в большей степени его компенсирует ток Ia, индуцированный от витков 3.

Это объясняется тем, что при прогреве зоны А ток 1 в точке а в силу эффекта близости разделяется на ток Iз и 1 в других пропорциях, чем в том случае, когда зона

802379 ь

А оставалась еще холодной, т. е. ток 1 ксличественно увеличивается за счет уменьшения тока Iз.

Влияние противовключенных витков 3 на ограничение зоны А нагрева и стабилизацию переходной зоны можно регулировать различными методами: c îïðîòèâëåíèåì витков 3, их диаметром и количеством, выбором точек подключения.

Если точки подключения виги а 3 на.;<дятся в непосредственной близости от прорези ос овной части вторичной абмотк <, та

10 происходит самый большой атба ..",. ..; ости на витки 3, что не все да удовлетворяет требованиям нагрева. При удалении тачек подключения от прорези отбор мощности в них уменьшается.

Индуктор (1иг. 3), в котором витки дополнительной части установлены с зазором относительно основной части, сопрягаются с ней по конической поверхности и имеют в сечении форму треугольника, работает следующим образом; при включении в контур первичной обмотки 1 (фиг. 3) по кей также протекает ток I>

На фиг. 5 точками показано направление этого тока в рассматриваемый момент времени.

В большем основании основной части вторичной обмотки 2 (фиг. 3) индуцируется ток Is, (фиг. 5), который имеет обратное направление по сравнению с током 1 (обозначен крестиками). Линии тока 1 вследствие непрерывности, дойдя до прорези основной части вторичной обмотки, замыкают.ся, по малому основанию трапеции, которое примыкает к изделию, получив при этом (в плоскости чертежа) обратное направление.

При этом плотность тока 1е в малом осноss вании трапеции, обращенном к нагреваемому изделию, будет больше, чем в большем основании трапеции, обращенном к первичной обмотке 1, в силу неравного сечения этих оснований. В изделии в зоне А (фиг. 3) от тока 1д индуцируется ток Is (фиг. 5), вызывающий нагрев изделия. Направление тока 1» обратное направлению тока Is.

В дополнительной части 5 вторичной обмотки в месте, непосредственно приближенном к току 1д основной части вторичной об4 мотки, индуцируется ток 1 по направлению, обратному току Is. Ток 1 в свою очередь вызывает в зоне В (фиг. 5) изделия ток l, обратный по направлению току 1 в зоне А изделия.

Таким образом, когда в процессе сквоз е ного нагрева объема А изделия, охватываемого малым основанием основной части вторичной обмотки 2, свойства стали изделия меняются и электромагнитное поле перераспределяется, стремясь замкнуться на более холодной части В изделия (вне зоны А), то наведенный при этом ток Is в зоне А изделия складывается с обратным по направлению током l в изделии, наведенным дополнительной частью вторичной обмотки 5. Ре7

802379

<0

Формула изобретения зультирующий ток в зоне В при этом становится меньшей величины, что значительно снижает активный нагрев зоны В, чем если бы это было при отсутствии дополнительной части вторичной обмотки 5.

Таким образом, в зоне В (переходной зоне) изделия индуцируются токи двух направлений: от основной части вторичной обмотки 2 индуцируется ток 15 за счет перераспределения электромагнитного поля при глубинном прогреве зоны А изделия, и от дополнительной части вторичной обмотки 5 индуцируется ток 18. Токи 4 и 1»» по величине в конечном итоге зависят от первичного тока I» и повторяют все его возможные колебания. При отсутствии дополнительной части вторичной обмотки 5 отсутствовал бы и ток 18 и в этом случае стабильность переходной зоны В в значительной степени зависела бы от стабильности тока 1» в первичной обмотке. При наличии дополнительной части вторичной обмотки 5 стабильность переходной зоны В значительно увеличивается, поскольку колебания тока

1» в первичной обмотке вызывают аналогичные колебания разнозначных токов 1 и 18 в изделии, а результирующая этих токов в зоне В остается постоянной.

В дополнительной части вторичной обмотки 5, в месте, непосредственно примыкающем к большому основанию трапеции, индуцируется также ток 10, обратный по направлению току 1 в большом основании трапеции.

Этот ток в силу непрерывности, дойдя до прорези, замыкается, благодаря эффекту близости, через основание дополнительной части вторичной обмотки 5, которое непосредственно примыкает к изделию. В изделии возникает ток 1»»», который может вызвать нежелательный нагрев этой части изделия. Для устранения этого эффекта внутренняя поверхность дополнительных витков вторичной обмотки 6 (фиг. 4) выполняется конической, т. е. с переменным зазором (угол 0».) с изделием в сторону увеличения зазора по мере удаления от нагреваемой части изделия. Предложенный,индуктор был испытан в лабораторных условиях.

Пруток вставляли в индуктор (частота

8000 Гц) и нагревали в течение 4 с до температуры 1200 С, после чего замачивали в воде. Замер твердости прилежащих к зоне нагрева А участков показал, что отпускная зона (переходная зона) составляла во всех случаях 25 — 28 мм. При аналогичных ре15

4S жимах нагрева в этом же индукторе, но без дополнительных частей вторичной обмотки, отпускная зона составляла 75 — 90 мм, т.е. превосходила по величине допустимые требования на изделия и не отличалась стабильностью.

Создание стабильной переходной зоны между нагреваемой и ненагреваемой частями изделия позволяет использовать предлагаемый индуктор в автоматических линиях, например линии производства пальцев гусениц.

1. Индуктор для нагрева цилиндрических изделий, содержащий многовитковую первичную обмотку и вторичную обмотку, состоящую из соосно установленных основной и дополнительной частей, при этом основная часть в сечении имеет форму трапеции, обращенной большим основанием к первичной обмотке, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества термообработки за счет получения стабильной переходной зоны между нагреваемой и ненагреваемой частями, большее основание трапеции полностью перекрывает первичную обмотку, а дополнительная часть выполнена многовитковой, витки которой установлены с обеих сторон основной части.

2. Индуктор по п. 1, отличающийся тем, что витки дополнительной части вторичной обмотки установлены с зазором относительно основной части, сопряжены с ней по конической поверхности и имеют в сечении форму треугольника.

3. Индуктор по пп. 1 и 2 отличающийся тем, что внутренняя поверхность витков дополнительной части вторичной обмотки выполнена конической.

4. Индуктор по п. 1, отличающийся тем, что витки дополнительной части соединены с основной частью вторичной обмотки и подключены к ней встречно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Слухоцкий А. Е. и Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева. «Энергия», Ленинградское отделение, 1974, рис. 10 — 14.

2. Авторское свидетельство СССР № 484259, кл. С 21 D 1/12; Н 05 В 5/18, 1973.

802379

ППНППlZ"

Составитель И. Столярова

Редактор Н. Ахмедова Техред А. Бойкас Корректор H. Степ

Заказ 10155/32 Тираж 629 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4