Исследование и разработка двухчастотного индукционного нагревателя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.10, кандидат технических наук Кожемякин, Андрей Владимирович

• Кожемякин, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Заключение диссертации по теме «Электротехнология», Кожемякин, Андрей Владимирович

Выводы

1. Исследовано взаимное влияние электромагнитных полей секций индукционного нагревателя. Установлено, что наибольшее влияние оказывает электромагнитное поле второй секции на первую секцию с ферромагнитной загрузкой. В то же время уровень переносимой мощности незначителен и не оказывает существенного влияния на температурное распределение заготовки.

2. Исследовано влияние частоты на энергетические характеристики двухчастотного нагревателя. Обоснован выбор частоты для каждой секции нагревателя.

3. Исследована зависимость электрического к.п.д. и коэффициента мощности первой секции нагревателя от температурного режима заготовок. Показано, что в первой секции нагревателя для получения максимальных значений электрического к.п.д. и коэффициента мощности при условии выполнения технологического ограничения на температуру температурное распределение по длине загрузки должно быть таким, при котором до температуры, превышающей точку Кюри, прогревается только одна заготовка, находящаяся на выходе из первой секции.

4. Сформулирована задача оптимизации общей длины индукционного нагревателя. Предложена методика и разработан алгоритм оптимизации общей длины индукционного нагревателя методического действия, обеспечивающего при наличии технологических и энергетических ограничений одновременно максимальное значение электрического к.п.д. и коэффициента мощности установки.

5. Предложена реализация системы двухчастотного индукционного нагрева

Заключение

В диссертации разработаны модели индукционного нагрева стальных изделий перед раскаткой в двухчастотном индукционном нагревателе методического действия.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Разработаны и обоснованы проблемно-ориентированные на решение задач оптимального проектирования конечно—элементные модели взаимосвязанных электромагнитных и тепловых полей при индукционном нагреве стальных ферромагнитных заготовок в продольном магнитном поле двухчастотного индукционного нагревателя.

2. Предложен алгоритм расчета взаимосвязанных электромагнитных и температурных полей методом конечных элементов. Проведено исследование электромагнитных и тепловых полей при индукционном нагреве ферромагнитной цилиндрической заготовки до температур пластической деформации в продольном магнитном поле двухчастотного нагревателя.

3. Исследовано влияние основных параметров индукционной системы на энергетические характеристики индукционного нагревателя.

4. Предложены инженерная методика построения алгоритмов оптимизации конструктивных и режимных параметров индукционного нагревателя по критерию минимальной общей длины, обеспечивающего одновременно максимальные значения электрического к.п.д. и коэффициента мощности индукционной установки.

5. На основании предложенной методики рассчитаны конструктивные параметры двухчастотного индукционного нагревателя методического действия для нагрева ферромагнитных заготовок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кожемякин, Андрей Владимирович, 2012 год

1. Афиногентов, A.A. Моделирование и оптимальное управление технологическим комплексом «нагрев-обработка металла давлением». Автореф. дисс. канд. техн. наук. Самара, 2008.-23 с.

2. Бабат, Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение Текст. / Г.И. Бабат. — М. Л.: Энергия, 1965. - 552 с.

3. Базаров, A.A. Моделирование и интегрированное проектирование систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов. Автореф. дисс. доктора техн. наук. Самара, 2010. - 40 с.

4. Бате, К. Численные методы анализа и метод конечных элементов Текст. / К. Бате, Е. Вилсон. М.: Стройиздат, 1982.-448 с.

5. Батищев, Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования Текст. / Д.И. Батищев. — М.: Сов. радио, 1975. 216 с.

6. Безручко, И.И. Индукционный нагрев для объемной штамповки Текст. / И.И. Безручко. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 127 с.

7. Беляев, Н.М. Методы нестационарной теплопроводности Текст.,/ Н.М. Беляев, A.A. Рядно. — М.: Высшая школа, 1978. 328 с.

8. Богданов, В.Н. Применение сквозного индукционного нагрева в промышленности Текст. / В.Н. Богданов, С.Е. Рыскин. — М.-Л.: Машиностроение, 1965. 96 с.

9. Бойков Ю.Н. Оптимальное проектирование и управление индукционным нагревателем непрерывного действия с дискретной выдачей заготовок широкой номенклатуры: Автореф. дис.канд. техн. наук-М., 1984. -22 с.

10. Большакова, Н.В. Материалы для электротермических установок: справочное пособие Текст. / Н.В. Большакова, К.С. Борисанова, В.И. Бурцев; под ред. М.Б. Гутмана. — М.: Энергоатомиздат, 1987. 296 с.

11. Брахман, Т.Р. Многокритериальное^ и выбор альтернативы в технике Текст. / Т.Р. Брахман. М.: Радио и связь, 1984. - 288 с.

12. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел А. Методы граничных элементов. -М.: Мир, 1987.-481с.

13. Бузуев, А.Н. Разработка и исследование системы индукционного нагрева для пайки многослойных изделий. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Самара, 2006.-19 с.

14. Бутковский А.Г., Малый С.А., Андреев Ю Н Оптимальное управление нагревом металла. М.: Металлургия, 1981.-272 с.

15. Вайнберг, A.M. Индукционные плавильные печи Текст. / A.M. Вайнберг. — М.: Энергия, 1967. 416 с.

16. Вологдин, В.П. Поверхностная индукционная закалка Текст. / В.П. Вологдин. — М.: Оборонгиз, 1947.-291 с.

17. Геминтерн, В.И. Методы оптимального проектирования Текст. / В.И. Геминтерн, Б.М. Каган. —М.: Энергия, 1980. 160 с.

18. Головин, Г.Ф. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева Текст. / Г.Ф. Головин, Н.В. Зимин; Под ред. А.Н. Шамова. Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1990. - 87 с.

19. Данилушкин, А.И. Структурное моделирование и автоматическое управление объектами индукционного нагрева с распределенными параметрами в специализированных технологических процессах. Автореф. дисс. . доктора техн. наук. Самара, 1999. - 45с.

20. Демидович, Б.П. Численные методы анализа Текст. / Б.П. Демидо-вич, И.А. Марон, Э.З. Шувалова; под ред. Б.П. Демидовича. М.: Наука, 1967. -368 с.

21. Демирчян, К.С. Моделирование магнитных полей Текст. / К.С. Де-мирчян М. Л.: Энергия, 1974. - 288 с.

22. Донской, A.B. О магнитной проницаемости при индукционном нагреве Текст. / А.И. Егоров // Электричество. — 1951. №5. - С. 27—30.

23. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике Текст. / О.Зенкевич. — М.: Мир, 1975. 541 с.

24. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация Текст. / О. Зенкевич, К. Морган. — Л.: Мир, 1986. 318 с.

25. Зимин, Л.С. Оптимальное проектирование систем индукционного нагрева в технологических комплексах обработки металла давлением. Автореф. дисс. доктора техн. наук. Ленинград, 1987. - 30 с.

26. Каримов, А.Д. Исследование и проектирование вибростойкой конструкции индукторов прямоугольной формы. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Самара, 2004.-19 с.

27. Карслоу, Г. Теплопроводность теплых тел Текст. / Г. Карслоу, Д. Егер. —М., 1964.-488 с.

28. Карташов, Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел Текст. / Э.М. Карташов. — М.: Высшая школа, 2001. 550 с.

29. Кинев, Е.С. индукционные установки сквозного нагрева цилиндрической загрузки в продольном магнитном поле. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Красноярск, 2006.-22 с.1 I V

30. Кожемякин A.B. Оптимизация конструкции двухчастотного индукционного нагревателя методического действия Текст. / Кожемякин А.В //Вести высших учебных заведений Черноземья" Липецк ЛГТУ, 2011.

31. Кожемякин A.B. Структурное моделирование процесса методического индукционного нагрева Текст. / Данилушкин А.И., Кожемякин А.В, Мостовой А.П. // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. Самара, 2011.-№1 (29).-С. 158-165.

32. Кожемякин A.B. Двухчастотный индукционный нагреватель методического действия Текст. / Кожемякин A.B., Перепёлкин С.А., Бажуткин A.C.//. Наука. Технологии. Инновации. Материалы Все-рос. науч. конф. Ч. 3. Новосибирск: НГТУ, 2009. - С. 218-219.

33. Том 6. Технические науки. Одесса Черноморье, 2010, С.25-29. ^ -ч иfi

34. Коздоба, Л.А. Решение нелинейных задач теплопроводности Текст. / Л.А. Коздоба. Киев: Наукова думка, 1976. - 136 с.

35. Коломейцева М. Б. Методология и опыт применения цифрового моделирования для оптимизации процессов промышленного нагрева металла: Ав-тореф. дис. доктора техн. наук. М., 1986. - 37 с.

36. Кошляков, Н.С. Уравнения в частных производных математической физики Текст. / Н.С. Кошляков, Э.Б. Глинер, М.М. Смирнов. — М., 1970. 713 с.

37. Крейт, Ф. Основы теплопередачи Текст. / Ф. Крейт, У. Блэк. — М.: Мир, 1983.-512 с.

38. Кувалдин, А.Б. Индукционный нагрев магнитной стали на промышленной частоте Текст. / А.Б. Кувалдин. М.: ВИНИТИ, 1976. - 83 с.

39. Кувалдин, А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитных сталей Текст. / А.Б. Кувалдин. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 200 с.

40. Кувалдин, А.Б Математические модели для исследования электромагнитного поля в ферромагнитных средах Текст. /А.Б. Кувалдин // Электричество. -2005.-№Ц.-с. 56-61.

41. Лепешкин, А.Р. Разработка эффективных режимов скоростного индукционного нагрева изделий с учетом термических напряжений. Автореф. дисс. доктора техн. наук. Москва, 2007. - 40с.

42. Лившиц, М.Ю. Теория и алгоритмы оптимального управления термодиффузионными процессами технологической теплофизики по системным критериям качества: Автореф. дис. докт. техн. наук. Самара, 2001. - 46 с.

43. Лозинский, М.Г. Поверхностная закалка и индукционный нагрев стали Текст. / М.Г. Лозинский. — М.: Машгиз, 1949. 184 с.

44. Лыков A.B. Тепломассообмен (Справочник) М.: Энергия, 1978.480 с

45. Лыков, A.B. Теория теплопроводности Текст. / A.B. Лыков. — М.: Высшая школа, 1967. 599 с.

46. Малешкин Н.И. Алгоритмизация и автоматизация переходных режимов работы индукционных установок непрерывного действия для нагрева перед прессованием крупногабаритных слитков из алюминиевых сплавов: Ав-тореф. дис. канд. техн. наук. Куйбышев, 1986. - 22 с.

47. Нейман, Л.Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах Текст. / Л.Р. Нейман. — Л.: Госэнергоиздат, 1949. 190 с.

48. Немков, B.C. Влияние конструкции и режимов работы индукцион1 , / ' '' ных нагревателей на их энергетические показатели Текст. / B.C. Немков, В.Б.

49. Демидович, В.И. Руднев // Электротехника. М., 1986. - №3. - С. 23-27.

50. Немков, B.C. Теория и расчет устройств индукционного нагрева Текст. / B.C. Немков, В.Б. Демидович Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1988.-280 с.

51. Никитина, Е.А. Исследование и разработка трехфазного индуктора для нагрева цилиндрических заготовок в поперечном магнитном поле. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Самара, 2011.-20 с.

52. Носов П.И. Моделирование и оптимизация режимов нагрева слитков из алюминиевых сплавов в индукционных установках полунепрерывного действия: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л., 1982. - 19 с.

53. Осипова, Ю.А. Оптимизация переходных режимов работы индукционных нагревательных установок методического действия. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Самара, 2007.-21 с.

54. Осипов, О.О. Комплексная оптимизация конструктивных и режимных параметров установок непрерывного индукционного нагрева заготовок подшипниковых колец. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Самара, 2002. - 21 с.

55. Павлов, H.A. Инженерные тепловые расчеты индукционных нагревателей Текст. / H.A. Павлов. M.-JL: Энергия, 1978. 120 с.

56. Плешивцева, Ю.Э. Последовательная параметризация управляющих воздействий и полубесконечная оптимизация алгоритмов управления технологическими объектами с распределенными параметрами. Автореф. дисс. . доктора техн. наук. Самара, 2009. - 50с.

57. Половинкин, А.И. Алгоритмы оптимизации проектных решений Текст. / А.И. Половинкин. — М.: Энергия, 1976. 264 с.

58. Поляк, Б.Т. Введение в оптимизацию Текст. / Б.Т. Поляк. — М.: Наука, 1983.-384 с.

59. Простяков, A.A. Индукционные нагревательные установки Текст. / A.A. Простяков. -М.: Энергия, 1970. 120 с.

60. Рапопорт Э.Я. Альтернансный метод в прикладных задачах оптимизации. М.: Наука. 2000. - 336с. ,

61. Рапопорт, Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла Текст. / Э.Я. Рапопорт. -М.: Металлургия, 1993. 279 с.

62. Рапопорт, Э.Я. Теория и алгоритмы оптимального управления индукционным нагревом металла перед обработкой давлением Текст. / Автореф. дис. доктора техн. наук. -М., 1983.^42 с.

63. Реклейтис Г. Оптимизация в технике Текст. / Г. Реклейтис, А. Рей-виндран, К. Рэгсдел. — М.: Мир, 1986. 669 с.

64. Родигин, Н.М. Индукционный нагрев стальных изделий Текст. / Н.М. Родигин. — М.:Металлургиздат, 1950. 246 с.

65. Рыбаков В. В. Алгоритмы и системы оптимального управления индукционным нагревом слитков из алюминиевых сплавов в условиях неопределенности: Автореф. дис. канд. техн. наук. Куйбышев, 1989-27с.

66. Синдяков JI.B. Оптимизация энерготехнологических характеристик установившихся режимов работы индукционных установок непрерывного действия для нагрева стальных заготовок: Автореф. дис.канд. техн. наук — Л.,1984.-19 с.

67. Сидоренко, В.Д. Применение индукционного нагрева в машиностроении Текст. / В.Д. Сидоренко. Д.: Машиностроение, 1980. - 231 с.

68. Слухоцкий, А.Е. Индукторы для индукционного нагрева Текст. / А.Е. Слухоцкий, С.Е. Рыскин. —JL: Энергия, 1974.-264 с.

69. Слухоцкий, А.Е. Установки индукционного нагрева Текст. /А.Е. Слухоцкий, B.C. Немков, H.A. Павлов. — JL: Энергоиздат, 1981. 328 с.

70. Тозони, О.В. Математические модели для расчета электрических и магнитных полей Текст. / О.В. Тозони. — Киев: Наукова думка, 1964. 304 с.

71. Уайлд, Д. Оптимальное проектирование Текст. / Д. Уайлд. — М.: Мир, 1981.-272 с.

72. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров: Справочник/ перевод с англ. -М.: Атомиздат, 1979. 349 с

73. Шарапова, О.Ю. Численное моделирование и оптимальное управление процессами индукционного нагрева цилиндричечских заготовок под обработку давлением. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Самара, 2011.-22 с.

74. Лицков, С.А. Ускоренный изотермический индукционный нагрев кузнечных заготовок Текст. / С.А. Яйцков. — М.: Машгиз, 1962. 95 с.

75. ELCUT: Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Версия 5.8: Руководство пользователя. С-Пб.: Производственный кооператив ТОР, 2010. URL: http://ELCUT.ru/free doc r.htm (дата обращения: 18.09.2011).

76. Rudnev V. Handbook of Induction Heating. Marcel Dekker Inc., New York, 2003.