Способ индукционного нагрева плоского изделия из электропроводного материала

 

Изобретение относится к электротермии Цель изобретения - повышение КПД и улучшение равномерности нагрева по толщине образца. Два когерентных источника энергии электромагнитного поля, воздействующих на плоский проводящий образец толи;иной меньше глубины скин-слоя с его ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ сторон с разностью фаз О или л, значения которой определяется максимумом тепловыделения в образце При этом указанные значения разности фаз устанавливают, исходя из материальных параметров обрабатываемого материала в области температур нагрева. 2 ил.

ВОЮ! C >i(ТСКИХ

СОЦИЛ ll т И - СхuX

РЕ ..Г!Ч. Л ">.1)5 Н 05 В 6/00

ГОС ЧИНАР СТ В Е ННЫЙ КОМИ! Е Т пэ иЗОБРетениям и ОткРытиям кн, .СсР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЧУ СВИДЕ1ЕЛ оСТBY (21) 4751277. 07 г; 2) 3.10.89 (46} 23.01,92. Еюл. М 3 (71) Науч .о-исследолатсльский институт прикладной ма!е>латлки и механики .Л. ТУ

i; . Н.." . -аум на (72) В.R. Савичев, 3. В. Сидо ренков, В. В Толмачев и С.Л.Тимченко (53) 621.365.52(088 8) (56) Слу оцкил A Е. и "p. Установки индукиио.:., î íà pe;a. — Л: Знергоиздат, 1981, с 8-2 1.

Авторское сг идетельство СССР, 1;1795.-.6, кл, г1 05 R 6/06, 1983.

Изобретение о-,носится к элегтротермии и мо к=-, быть лсполс;îâàíо и и индуi ционном на реве

Цель изобретения — повышение КПД и улучшение равномерности нагрева по толщи е изде;,1я.

На фиг. 1 изображена блок-схема устрой".Tàà для реализации способа; на фиг. 2 — экспериментальные зависимости нормированных к интенсивности первой волны энергетических потоков.

Устройство содержит источник 1 высок частотной энергии, аттенюатор 2, фазовращатель 3, ферритовый вентиль 4, направленный ответвитель 5 и обрабатываемое изделие 6.

Способ осуществляется следующим образом.

SU 1707782 А1 (54) СПОСОЕ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

ПЛОСКОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЭЛЕКТР 1ПРОВОДНОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к злектротермии Цель изобретения — повышение КПД и улучшение равномерности нагрева по толщине образца. Два когерентных источника энергии электромагнитного поля, воздействующих на плоский проводящий образец олщиной меньше глубины скин-слоя с его поотивоположных сторон с разностью фаз

0 или л, значения которой определяется максимумом тепловыделения в образце

При э-ом указанные значения разности фаз

;станавливэют, исходя из материальных f13 раметров обрабатываемого материала в об-,асти температур нагрева. 2 ил.

При воздействии на пластинку толщиной о и злектропроводностью гт с противоположных ее сторон двух когерентных электромагнитных полей частоты щ а амплитудами А и В, начальными фазами р и ф отраженные от пластинки потоки электромагнитной энергии имеют вид

Ia = — y — (RA +DS + г у КАВИ п(Р- 9+ l} j

1.ГЕО 2 2

Ig = — j(— (ЗА +ИВ 2ЙЭАВЗ п(ч - Рд )

1 ГЕ, 2 г р. (1) Здесь е ир — электрическая и магнитная постоянные;

1707782

10 (2) R и Π— коэффициенты отражения и и рохождения по интенсивности каждой из волн; д — фазовый сдвиг. определяемый оптической разностью хода волн в пластинке

В () ъ (4 i )121>(2dWads) fI 1(< ))) )(2ЙНз ()

2 п н1 е ()- —,() l ÚII(2 Ü& (I ° (1 l ))Ь(2dárdr) где п, х иjd — показатель преломления, коэффициент экстинкции и относительная магнитная проницаемость матер«ала пластинки соответственно; ds -I(2l lp hen глубина скин-слоя.

Согласно (1), отраженные от пластинки электромагнитные потоки энергии !а и 1в, кроме потоков, связанных с каждой волной, пропорционал,ных А и В, содержат интерг г ференционный поток, определяемый произведением амплитуд АВ обеих волн. При этом интерференционный поток зависи от разности начальных фаз волн 0 - p — AH эффективной толщины пластинки d/dS, определяющей фазовый сдвиг д.

В случае б/dS < 1 соотношение (2) опреде.", ится выражением д

tgä = — —,— (3) е о) (Г) где е — и н )сите,",ьная диэлектрическая прони.)яе,ocib матер«ала пластинки, Величину

2 RD nc ан=""ог««с обнчны2л коз,,фициенто л и рохожр ив D мо:o " назвать коэфф циен том I .«те„ференционн;: о гроко:,",ен я,так как ol-.a хь; актер«зуе-..-. бсс ютное значен«е

«н)ерзег. .нц«;: н (о потcra в г.:а"ть :,хе и

o5ecne ает "=:(,eye" предел- -«e энерги« ме)кд) двгля r oòoê1I « la « l в.

СОГЛаСНО (1) ИЗ Зэк оНа:Схраивч, ЭНЕр(ии можно определить поглощаемый в nr,астинке поt ol 31ектоома(нитной: — I;eрг;и

0-(1-R-D)(A . В-)- 2,гГУАВэ)п д cos(rp t/ )), . (4)

Здесь первое слагаемое — сумма поглощаемых в пластинке потоков энергии каждого из источников, а второе — интерференциэнный поглощаемый поток, который (."ожет как усилить, так и уменьшить полное поглоще) ие электро2лагнитной энер-",и в пластинке, При атолл КПД повышается максимально при разности фаз источников когерентного поля при

sin, aI c tg G (r., о ((2 — 2,) > 0 при 0 = Tt или при

sin (" n. тцх С (c м (/2 — к) < 0 при 0 = 0

Для экспериментального обоснования способа испсnb oeal)acb установка, представляющая собой СБЧ интерферометр выполненный на коаксиальных линиях(фиг. 1), 15

1 J

4 1

4= с0

Измерения энергетических потоков la u ls производились с помощью направленных ответвителей, включенных с обеих сторон пленочного образца, Ферритовые вентили в каналах интерферометра устраняют воздействие на генератор отраженных от образца элекгромагнитных волн. Изменение фазы второй волны осуществлялось фазовращателем. Измерения производились на пленке металлического конденсата (цинк. б 5000

A), полученной вакуумным резистивным напылением нв подложку слюды толщиной

0,1 мм. Коэффициенты отражения R и прохождения 0 определялись при закрытом втором канале интерферометра, и на частоте 3003 МГц составляли R - 0,41 и О - 0,27.

При подае второй волны интенсивности электромагнитных потоков справа и слева от образца изменялись и существенно зависили от ампл«туды и фазы этой волны.

Ка фиг, 2 представлены экспериментальные зависимости (точки) нормированных к интенсивности первой волны знерге1«ческих потоков Ра и Рв OT начальной фазы второй волны 2/, для двух значений ее отно ительной интенсивности 2 Рв/Ра = 0,53 (штриховые линии) и n = 1,69 (сп; )ные гин«и}. Видно. что кривые Pa(t/ и г в(у1н з-яются строго противофазны л«

«ил еют сдвиг на 2, 30О. Ча фиг. 2 нанесеIIb т.". е рас втные зависимости Ра(t/. )

l I:()«" ые ., и а! ), ) (кр )г;ые 2j, сыч«"ленные по .„-сл l ;. л (! для R = 0,41, D = 0,27 и д =

;5" «1« = (.53 (штр«ховые вини«) и

1,59, - пло ные; .н««). Здесь же пригедены ра=: «та ы no cc . ношению (4) зависима»-,; г - I,ael nrO в пввчкЕ пО;Ока Эл кт(.;л;:-.-:)«тнои эчерги«); )() кр«вые 3}

Так л; образом, «сповьэоваичле в предла. аемол способе явления туíнeвьной элек; „-омаг тнсй «нтеоференц««позволяет и. высить эф фект elloctb использования энергии электромагнитного поля при индук.)) онном нагреве, В частности, в рассмотренном выше случае величина поглощаемой

=- eð ии повысилась на 50 . Анализ соотно).;ения (4) показывает, что поглощение в nr.астинке с учетом интерференции можно повн сить до 00 (в два раза) в сравнений с обычны л поглощением (первое слагаемое с,ч)). П„"«этом максимум тепловыделения в

oáðàçöe достигается при разности фаз ис1oчн«кав когерентного электромагнитного поля, равной л для sin д > 0 (фиг. 2) либо пр«0 для sinb < О.

Формула изобрвтения

Способ индукционного нагрева плоскоо . зделия из электропроводного материаlla толщиной б, при котором с обеих сторон

1707782

10 изделия с помощью источников высокочастотной энергии возбуждают электромагнитные поля с частотой иА которую выбирают из условия Ь л, где б — глубина проникновения поля в материал изделия, о- 5 т л и ч а ю шийся тем. что, с целью повышения КПД и улучшения равномерности нагрева ho толщине изделия, роля возбуждают когерентными источниками энергии, используя эффект туннельной 10 электромагнитной интерференции, и устанавливают разность фаз 0 источников энергии из условий при sin (are tg(0 (г, о ф — r)) < 0 0 = 0 при 8 I A (дгс tg(o (f< Оф — F.)) > 0 0 = >, где Ep — электрическая постоя нная;

6 — удельная электрическая проводимость материала иэделия; — относительная диэлектрическая проницаемость материала изделия; . "- относительная магнитная проницаемость материала изделия.