RU209376U1

RU209376U1 - Inductor

Info

Publication number: RU209376U1
Application number: RU2021131385U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Сарапулов; Василий Эдуардович Фризен; Сергей Алексеевич Бычков; Федор Евгеньевич Тарасов; Иван Александрович Смольянов; Евгений Леонидович Швыдкий; Борис Владимирович Овсянников; Эдуард Ильфатович Бурибаев; Александр Андреевич Калистратов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Каменск-Уральский металлургический завод"
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-03-15

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам индукционного нагрева, может быть применима для нагрева штампового инструмента в процессе изотермической штамповки. Индуктор включает однослойную катушку из полой медной трубки, выполненную в виде плоской архимедовой спирали, покрытую по всей длине электроизоляционным материалом, размещенную в корпусе из жестко скрепленных листов, расположенных с обеих сторон катушки, витки катушки закреплены на раме, выполненной из металлического немагнитного материала, посредством электроизоляционных пластин; корпус индуктора со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, выполнен из материала с низкой теплопроводностью, с противоположной стороны - из материала с низкой электропроводностью; теплоизоляция индуктора со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, состоит из двух слоев, первый из которых обладает низкой теплопроводностью, второй слой обладает высокой пористостью и низкой электропроводностью по отношению к материалу первого слоя. Индуктор обладает повышенной мощностью, надежен и прост в эксплуатации и обслуживании. 4 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to induction heating devices, and can be used for heating a stamping tool in the process of isothermal stamping. The inductor includes a single-layer coil made of a hollow copper tube, made in the form of a flat Archimedean spiral, covered along its entire length with an electrically insulating material, placed in a housing made of rigidly fastened sheets located on both sides of the coil, the turns of the coil are fixed on a frame made of a metal non-magnetic material by means of electrical insulating plates; the body of the inductor on the side adjacent to the heated object is made of a material with low thermal conductivity, on the opposite side - of a material with low electrical conductivity; thermal insulation of the inductor from the side adjacent to the heated object consists of two layers, the first of which has a low thermal conductivity, the second layer has a high porosity and low electrical conductivity in relation to the material of the first layer. The inductor has increased power, is reliable and easy to operate and maintain. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам индукционного нагрева и, в частности, может быть использована для нагрева штампов прямоугольной формы в процессе изотермической штамповки крупногабаритных деталей из алюминиевых сплавов на вертикальном прессе.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to induction heating devices and, in particular, can be used to heat rectangular stamps in the process of isothermal stamping of large aluminum alloy parts on a vertical press.

Известен индуктор, содержащий изолированную катушку, выполненную в виде витков медной трубки, охватывающих боковую поверхность штампа, через которые проходит охлаждающая вода, тепловую изоляцию со стороны нагреваемого штампа. («Установки индукционного нагрева», А.Е. Слухоцкий, В.С. Немков, Н.Л. Павлов, А.В. Бамунэр, 1981, Ленинград, Издательство «Энергоиздат», стр. 190-193).Known inductor containing an insulated coil made in the form of coils of a copper tube, covering the side surface of the stamp, through which the cooling water passes, thermal insulation from the side of the heated stamp. (“Induction heating installations”, A.E. Slukhotsky, V.S. Nemkov, N.L. Pavlov, A.V. Bamuner, 1981, Leningrad, Energoizdat Publishing House, pp. 190-193).

При использовании известного индуктора, конструктивно представляющего собой соленоид прямоугольного сечения, для нагрева штампов прямоугольной формы происходит перегрев металла штампа в угловых зонах, что приводит к неравномерному нагреву всего штампа из-за наложения магнитных полей.When using a well-known inductor, which is structurally a rectangular solenoid, for heating rectangular stamps, the metal of the stamp in the corner zones is overheated, which leads to uneven heating of the entire stamp due to the imposition of magnetic fields.

Известен индуктор для индукционного нагрева деталей, форма которых отличается от цилиндрической, выполненный в виде плоской спирали, размещенной в теплоизолированном корпусе с возможностью подключения к источнику тока (RU 15828 U1, Н05В 6/10, 10.11.2000).Known inductor for induction heating of parts, the shape of which differs from the cylindrical, made in the form of a flat spiral placed in a heat-insulated housing with the ability to connect to a current source (RU 15828 U1, N05V 6/10, 10.11.2000).

Недостатком индукционного нагревателя данной конструкции при использовании его для нагрева крупногабаритных деталей является недостаточная мощность используемого источника тока.The disadvantage of the induction heater of this design when used for heating large parts is the insufficient power of the current source used.

В качестве прототипа выбран плоский индукционный нагреватель, содержащий катушку в виде плоского индуктора прямоугольной формы из электропроводного материала с внешней изоляцией с малым удельным электрическим сопротивлением, при этом витки катушки скреплены электроизоляционным материалом в однослойное индукционное полотно; корпус, жестко скрепленный из металлических листов, установленных с обеих сторон индукционного полотна. (RU 181899 U1, Н05В 6/10, 26.07.2018)As a prototype, a flat induction heater is selected, containing a coil in the form of a flat rectangular inductor made of electrically conductive material with external insulation with low electrical resistivity, while the turns of the coil are fastened with an electrically insulating material into a single-layer induction sheet; a body rigidly fastened from metal sheets installed on both sides of the induction cloth. (RU 181899 U1, H05V 6/10, 26.07.2018)

Недостатком индукционного нагревателя по прототипу является невозможность его применения для нагрева крупногабаритных штампов при использовании токов средней частоты в виду того, что описанные в патенте катушки, изготовленные из электропроводящего материала, не позволяют обеспечить достаточный уровень мощности для подогрева крупногабаритных деталей штамповой оснастки из-за отсутствия возможности внутреннего водяного охлаждения витков катушки, а также то, что корпус индуктора-прототипа собран из сплошных стальных листов, полностью экранирующих электромагнитное поле, создаваемое катушкой при протекании по ней переменного электрического тока. Корпус индуктора-прототипа тем самым образует греющую поверхность, тепло от которой передается нагреваемому телу.The disadvantage of the induction heater according to the prototype is the impossibility of its use for heating large-sized dies using medium-frequency currents in view of the fact that the coils described in the patent, made of conductive material, do not provide a sufficient level of power for heating large-sized parts of die equipment due to the lack of internal water cooling of the coil turns, as well as the fact that the body of the prototype inductor is assembled from solid steel sheets that completely shield the electromagnetic field created by the coil when an alternating electric current flows through it. The body of the prototype inductor thus forms a heating surface, the heat from which is transferred to the heated body.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели для нагрева крупногабаритных стальных изделий прямоугольной формы, заключается в увеличении мощности индуктора по сравнению с индуктором-прототипом.The technical result achieved when using this utility model for heating large rectangular steel products is to increase the power of the inductor compared to the prototype inductor.

Поставленная задача с достижением упомянутого технического результата, решается тем, что в предлагаемой конструкции индуктора, включающего однослойную катушку из полой медной трубки, выполненную в виде плоской архимедовой спирали, покрытую по всей длине электроизоляционным материалом, размещенную в корпусе из жестко скрепленных листов, расположенных с обеих сторон катушки,The set task with the achievement of the mentioned technical result is solved by the fact that in the proposed design of the inductor, which includes a single-layer coil made of a hollow copper tube, made in the form of a flat Archimedean spiral, covered along the entire length with an electrically insulating material, placed in a housing made of rigidly fastened sheets located on both sides of the coil

витки катушки закреплены на раме, выполненной из металлического немагнитного материала, посредством электроизоляционных пластин; корпус индуктора со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, выполнен из материала с низкой теплопроводностью, с противоположной стороны - из материала с низкой электропроводностью; теплоизоляция индуктора со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, состоит из двух слоев, первый из которых обладает низкой теплопроводностью, второй слой обладает высокой пористостью и низкой электропроводностью по отношению к материалу первого слоя.the turns of the coil are fixed on a frame made of a metal non-magnetic material by means of electrical insulating plates; the body of the inductor on the side adjacent to the heated object is made of a material with low thermal conductivity, on the opposite side - of a material with low electrical conductivity; thermal insulation of the inductor from the side adjacent to the heated object consists of two layers, the first of which has a low thermal conductivity, the second layer has a high porosity and low electrical conductivity in relation to the material of the first layer.

Разработанная конструкция плоского индуктора для нагрева крупногабаритных штампов обладает следующими отличительными признаками:The developed design of a flat inductor for heating large-sized dies has the following distinctive features:

- катушка выполнена из полой медной трубки в виде плоской архимедовой спирали, покрытой по всей длине электроизоляционным материалом,- the coil is made of a hollow copper tube in the form of a flat Archimedean spiral, covered along the entire length with an electrically insulating material,

- рама выполнена из металлического немагнитного материала, размещена внутри корпуса индуктора, составные части которого скреплены друг с другом через изоляционные прокладки,- the frame is made of metal non-magnetic material, placed inside the inductor housing, the components of which are fastened to each other through insulating gaskets,

- корпус индуктора со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, выполнен из материала с низкой теплопроводностью, с противоположной стороны, из материала с низкой электропроводностью,- the body of the inductor on the side adjacent to the heated object is made of a material with low thermal conductivity, on the opposite side, of a material with low electrical conductivity,

- теплоизоляция индуктора со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, состоит из двух слоев, первый из которых обладает высокой устойчивостью к давлению, воздействию высоких температур и открытого огня, второй слой обладает высокой пористостью и низкой теплопроводностью по отношению к материалу первого слоя.- thermal insulation of the inductor from the side adjacent to the heated object consists of two layers, the first of which is highly resistant to pressure, high temperatures and open fire, the second layer has high porosity and low thermal conductivity in relation to the material of the first layer.

Выполнение индуктора из полой медной трубки позволяет осуществлять принудительное охлаждение индуктора, что позволяет проводить процесс при более высоких оптимальных значениях частоты питающего тока, подаваемого на индуктор, обеспечивающих нагрев объекта на требуемую глубину нагреваемого слоя. Кроме того, охлаждение индуктора приводит к снижению его температуры и как следствие снижению электрических потерь и повышению эффективности индукционного нагрева, что также увеличивает полезную мощность индуктора.The implementation of the inductor from a hollow copper tube allows forced cooling of the inductor, which allows the process to be carried out at higher optimal values of the frequency of the supply current supplied to the inductor, providing heating of the object to the required depth of the heated layer. In addition, the cooling of the inductor leads to a decrease in its temperature and, as a result, a decrease in electrical losses and an increase in the efficiency of induction heating, which also increases the useful power of the inductor.

Выполнение рамы индуктора с установленной на ней катушкой и корпуса индуктора, состоящего из отдельных скрепленных друг с другом частей, позволяет использовать их для сборки различных типоразмеров индукторов, что уменьшает количество запасных деталей и снижает стоимость сборки индуктора.The implementation of the inductor frame with a coil installed on it and the inductor housing, consisting of separate parts fastened to each other, allows them to be used for assembling various sizes of inductors, which reduces the number of spare parts and reduces the cost of assembling the inductor.

Применение в качестве материалов корпуса индуктора со стороны нагреваемого объекта материала с низкой теплопроводностью, а также дополнительной защитой от высоких температур, высокого давления и открытого огня внутри корпуса, состоящей из двух слоев, значительно повышает надежность и долговечность работы индукционного нагревателя.The use of a material with low thermal conductivity as the materials of the inductor housing on the side of the heated object, as well as additional protection against high temperatures, high pressure and open fire inside the housing, consisting of two layers, significantly increases the reliability and durability of the induction heater.

Применение в качестве материала корпуса индуктора со стороны противоположной стороне прилегающей к нагреваемому объекту, изоляционных прокладок, используемых в местах крепления составных частей рамы и обладающих низкой электропроводностью, позволяет повысить безопасность эксплуатации оборудования.The use of insulating spacers used in the places of fastening of the frame components and having low electrical conductivity as the material of the inductor body on the side opposite the side adjacent to the heated object makes it possible to increase the safety of equipment operation.

На рис. 1 представлен общий вид индуктора со стороны подключения к источникам питания и подвода воды,On fig. 1 shows a general view of the inductor from the side of connection to power sources and water supply,

На рис. 2 приведен вид индуктора со снятой крышкой со стороны подключения к источнику питания, на котором видна однослойная катушка, выполненная в виде архимедовой спирали овальной формы.On fig. 2 shows a view of the inductor with the cover removed from the side connected to the power source, on which a single-layer coil is visible, made in the form of an oval-shaped Archimedean spiral.

На рис. 3 приведен поперечный разрез индуктора по А-А рис. 2On fig. 3 shows a cross section of the inductor along A-A fig. 2

На рис. 4 приведен узел соединения боковых и продольных частей рамы, вид Б рис. 2.On fig. 4 shows the connection unit of the lateral and longitudinal parts of the frame, view B fig. 2.

Индуктор содержит: однослойную катушку 1 из полой медной трубки, выполненную в виде плоской архимедовой спирали, покрытую по всей длине электроизоляционным материалом, витки которой скреплены друг с другом и с рамой 2 посредством электроизоляционных пластин 3 и крепежных элементов 4;The inductor contains: a single-layer coil 1 made of a hollow copper tube, made in the form of a flat Archimedean spiral, covered along its entire length with an electrically insulating material, the turns of which are fastened to each other and to the frame 2 by means of electrically insulating plates 3 and fasteners 4;

рама 2 выполнена из металлического немагнитного материала и собрана из нескольких частей, которые посредством болтовых соединений скреплены друг с другом через изоляционные прокладки 7;frame 2 is made of metal non-magnetic material and is assembled from several parts, which are bolted to each other through insulating gaskets 7;

корпус индуктора состоит из рамы 2 и пластин, которые жестко крепятся на раме 2 с обеих сторон катушки 1, при этом со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, корпус выполнен многослойным из материалов с низкой теплопроводностью, со стороны подключения к источнику электропитания - из материала с низкой электропроводностью 9.the body of the inductor consists of a frame 2 and plates that are rigidly mounted on the frame 2 on both sides of the coil 1, while on the side adjacent to the heated object, the body is made of multilayer materials with low thermal conductivity, on the side connected to the power supply - from a material with low electrical conductivity 9.

со стороны, прилегающей к нагреваемому объекту, корпус содержи! слой внешней теплоизоляции из гибкого материала 8, обладающего низкой теплопроводностью. Между внешней теплоизоляцией 8 и катушкой) установлена теплоизоляция, состоящая из двух слоев: первый из которых огнеупорный слой 5 (внешний по отношению к катушке) обладает высокой устойчивостью к давлению, воздействию высоких температур и открытого огня, второй теплоизоляционный слой 6 (прилегающий к катушке) обладает высокой пористостью и низкой электропроводностью по отношению к материалу первого слоя;from the side adjacent to the heated object, keep the body! a layer of external thermal insulation made of a flexible material 8 with low thermal conductivity. Between the outer thermal insulation 8 and the coil) there is a thermal insulation consisting of two layers: the first of which is a refractory layer 5 (outer in relation to the coil) is highly resistant to pressure, high temperatures and open fire, the second thermal insulation layer 6 (adjacent to the coil) has high porosity and low electrical conductivity in relation to the material of the first layer;

выходные электроконтакты 10 выполнены с возможностью подключения к источнику электрического тока; патрубки 11 подвода и отвода охлаждающей воды выполнены с возможностью подключения к системе водопровода; рукоятка 12 для переноса и облегчения монтажа индуктора крепится к раме 2 посредством болтов.output electrical contacts 10 are configured to be connected to a source of electric current; nozzles 11 for inlet and outlet of cooling water are made with the possibility of connection to the water supply system; the handle 12 for carrying and facilitating the installation of the inductor is attached to the frame 2 by means of bolts.

Принцип работы заявляемого индуктора заключается в преобразовании создаваемой спиральной катушкой 1 энергии электромагнитного поля и поглощаемой электропроводным нагреваемым объектом (штамповым инструментом), в тепловую энергию. Для нагрева прямоугольного штампа используются четыре индуктора, закрепляемые при помощи болтов непосредственно на боковые поверхности штампа, который закрепляется на прессе. Нагрев штампа происходит непосредственно в рабочей зоне пресса во время его работы. Размеры индукторов подбираются в соответствии с габаритными размерами штампового инструмента. Таким образом, нагрев происходит на необходимой длине каждой стороны штампа. При этом нет перегрева его угловых зон. Подключение каждого индуктора к источнику питания и к источнику подачи и отвода воды осуществляется раздельно. Поэтому при правильно подобранной частоте тока для каждого индуктора можно контролировать температуру, время нагрева и глубину нагрева каждой стороны штампа.The principle of operation of the inventive inductor is to convert the energy of the electromagnetic field generated by the spiral coil 1 and absorbed by the electrically conductive heated object (die tool) into thermal energy. To heat a rectangular stamp, four inductors are used, which are bolted directly to the side surfaces of the stamp, which is fixed on the press. The heating of the stamp occurs directly in the working area of the press during its operation. The dimensions of the inductors are selected in accordance with the overall dimensions of the die tool. Thus, heating occurs at the required length of each side of the stamp. At the same time, there is no overheating of its corner zones. The connection of each inductor to the power supply and to the source of water supply and drainage is carried out separately. Therefore, with a properly selected current frequency for each inductor, it is possible to control the temperature, heating time and depth of heating of each side of the stamp.

Индукторы с помощью гибких водоохлаждаемых связей через выходные электроконтакты 10 и патрубки 11 подключаются к установке индукционного нагрева штампового инструмента. При подаче электропитания на установку запускается работа системы водоохлаждения индукторов и производится запуск системы индукционного нагрева штампов, которая работает все время работы пресса.Inductors with the help of flexible water-cooled links through the output electrical contacts 10 and branch pipes 11 are connected to the installation of induction heating of the stamping tool. When power is supplied to the installation, the operation of the water-cooling system of the inductors is started and the system of induction heating of the dies is started, which operates all the time the press is in operation.

Индуктор применим для нагрева крупногабаритных изделий прямоугольной формы, в частности штампов для изотермической штамповки, поскольку, благодаря предлагаемой конструкции, может быть подключен к источнику промышленной частоты, обладает повышенной мощностью, и кроме того надежен и прост в эксплуатации и обслуживании.The inductor is applicable for heating large rectangular products, in particular dies for isothermal stamping, since, thanks to the proposed design, it can be connected to a power frequency source, has increased power, and is also reliable and easy to operate and maintain.

Claims

An inductor comprising a single-layer coil made of a hollow copper tube, made in the form of a flat Archimedean spiral, covered along its entire length with an electrically insulating material, placed in a housing made of rigidly fastened sheets located on both sides of the coil, characterized in that the turns of the coil are fixed on a frame made of metal non-magnetic material by means of insulating plates, the body of the inductor on the side adjacent to the heated object is made of a material with low thermal conductivity, on the opposite side - from a material with low electrical conductivity, the thermal insulation of the inductor on the side adjacent to the object being heated consists of two layers, the first of which has low thermal conductivity, the second layer has high porosity and low electrical conductivity in relation to the material of the first layer.