Индукционное нагревательное устройство

 

Использование: для нагрева длинномерных изделий типа проволок, прутков. Сущность изобретения: устройство содержит тороидальный сердечник, охватывающий его с обеих сторон двухстенный вторичный виток, каждая стенка которого выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров . Оригинальное соединение цилиндров с токоподводами создает направление тока, обеспечивающее сложение потоков в рабочей зоне индуктора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sri)s Н 05 В 6/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4818934/07 (22) 26.01.90 (46) 15.09.92. Бюл, № 34 (71) Центральное конструкторское бюро

"Геофизика" (72) Г.Ф.Игнатьев (56) Патент СССР ¹ 818507, кл. Н 05 В 6/10, 1981, Авторское свидетельство СССР №

1501894, Н 05 В 6/36, 1985, Авторское свидетельство СССР №

1514231, кл, Н 05 В 6/36, 1985.

Изобретение относится к обла ти электротермии, в частности к конструкции индукторов для нагрева проволок, длинномерных трубок малого диаметра. прутков и т,п.

Известны устройства для индукционного нагрева, в которых наружный электропроводник (вторичная обмотка трансформатора) выполнен в виде объемного элемента. Однако подобные устройства являются маломощными., малоэффективными.

Наиболее близким техническим решением выбранным в качестве прототипа, является устройство для индуктивного нагрева поверхности изделий в виде лент.

Устройство содержит два трансформатора, выводы вторичных обмоток которых подключены к индуктору, выполненному в виде двух токопроводящих шин со встречными токами, расположенных с зазором параллельно друг другу, Вторичная обмотка каждого иэ трансформаторов выполнена в виде охватывающего тороидальныи сердечник с А2 17б2422 А1 (54) ИНДУКЦИОННОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Использование: для нагрева длинномерных изделий типа проволок, прутков.

Сущность изобретения: устройство содержит тороидальный сердечник, охватывающий его с обеих сторон двухстенный вторичный виток, каждая стенка которого выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров. Оригинальное соединение цилиндров с токоподводами создает направление тока, обеспечивающее сложение потоков в рабочей зоне индуктора. 1 ил. первичной обмоткой объемного витка с цилиндрической частью и замыкающими ее по торцам пластинами, в одном из которых выполнено центральное отверстие, одна из шин индуктора замыкает центры пластин беэ отверстий, а вторая края отверстий.

Недостатком известного технического решения является низкая мощность. Кроме того устройство обладает низким КПД, т.к. вследствие отсутствия тепловой изоляции активной эоны устройства неизбежны большие тепловые потери.

Целью изобретения является повышение КПД и мощности устройства за счет увеличения ЭДС.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для индукционного нагрева содержится трансформатор, выполненный в виде тороидального сердечника с первичной обмоткой и охватывающего его объемного цилиндрического вторичного витка с контактными элементами в виде дисков с отверстиями в центре, и индуктор в виде линейных проводников, замыкающих края

1762422

5 t0

26

50 вторичного витка. Согласно изобретению вторичный виток состоит из двух коаксиальных элементов, каждый из которых выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров.

Цилиндры каждого из элементов замкнуты на одном из торцов, противолежащих для обоих элементов, контактными дисками с отверстиями в центре. С другого торца края обоих цилиндров внутреннего элемента снабжены зубцами, расположенными в выполненных в контактном диске наружного элемента прорезях. С разомкнутых торцов цилиндры обоих элементов снабжены дополнительными контактными дисками, расположенными с зазором друг от друга.

Отверстия в дополнительных контактных дисках выполнены попарно эксцентрично для каждого объемного элемента и попарно аксиально для внутренних и внешних цилиндров обоих элементов, а проводники индуктора замыкают края этих отверстий в точках, лежащих на линиях эксцентрики, с обеспечением последовательного соединения элементов. Двойной обьемный виток снижает поток рассеяния до минимума, з последовательное соединение двух обьемных витков дает значительное увеличение о Ф

ЭДС. Известно, что е = — —, а магнитот ный поток Ф через площадь S определяется как BS cos 0, где Π— угол между касательной к силовым линиям магнитного поля и нормалью к плоскости, пересекаемой магнитными силовыми линиями (фактически. это площадь $). В данном случае

%0 . Очевидно, что двойной объемный виток имеет "полезную" площадь более чем в

2 раза большую, чем простой объемный виток.

Индукционное нагревательное устрой- 40 ство отличается тем, что вторичный объемный виток согласующего трансформатора выполнен двойным, каждый объемный виток представляет собой два коаксиальных цилиндра, замкнутых с одной стороны диском с отверстием в центре, диаметр которого равен диаметру внутреннего цилиндра, второй объемный виток вставлен в первый объемный виток навстречу ему, а линейные индуктирующие проводники обеспечивают последовательное соединение двух обьемный витков, В результате патентного поиска было обнаружено индукционное нагревательное устройство, содержащее нагревательную цилиндрическую камеру для размещения нагреваемого объекта, установленный снзружи ее индуктор, выполненный в виде кольцевого магнитопровода с навитой на нем через изоляцию обмоткой, и охватывающий их элемент из электропроводного материала, электрически соединенный по концам с нагревательной камерой, выполненный в форме замкнутого объема, снаружи дополнительно размещен замкнутый элемент иэ ферромагнитного материала, концы которого электрически соединены с элементом из электропроводного материала и нагревательной камерой, т.е, фактически устройство, содержит трансформатор с двойным вторичным объемным витком. Но вторичные витки замкнуты между собой накоротко. В заявляемом же устройстве обеспечено последовательное соединение двух объемных витков посредством индуктирующих проводников, что и позволяет достичь поставленной цели, конкретнее. повышения мощности устройства за счет увеличения ЭДС, Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен продольный сегментный разрез индукционного нагревательного устройства.

Индукционное нагревательное устройство содержит тороидальный сердечник 1 с первичной обмоткой 2, и вторичный двойной объемный виток 3. Объемный виток 3 состоит из первого 4 и второго 5 объемных элементов, каждый из которых представляет собой два коаксиальных цилиндра (4.1 и

4.2, 5.1 и 5.2, внешний и внутренний соответственно). Коаксиальные цилиндры первого объемного элемента 4 замкнуты с одной стороны диском 6 с отверстием в центре, диаметр которого равен диаметру цилиндра 4.2. Коаксиальные цилиндры второго объемного элемента 5 также замкнуты с одной стороны диском 7 с отверстием в центре, диаметр которого равен диаметру цилиндра 5.2. Второй объемный элемент 5 вставлен s первый объемный элемент 4 навстречу ему. К свободным краям цилиндров

4.1 и 4,2 первого обьемного элемента 4 припаяны диски 4.3 и 4,4 с отверстиями 4.5 и

4.6. Цилиндр 4.1 длиннее цилиндра 4.2, тзк что между дисками 4,3 и 4.4 образован зазор, Отверстия 4.5 и 4,6 имеют одинаковый диаметр и несколько смещены относительно оси устройства в противоположные стороны. Цилиндры 5.1 и 5.2 имеют зубчатые свободные края 5.3 и 5.4. Зубцы через прорези 8 в диске 6 первого обьемного элемента 4 выведены наружу. К зубцам 5,3 и 5.4 цилиндров 5.1. и 5.2 припаяны диски 5.5 и

5.6 с отверстиями 5.7 и 5,8. Зубцы 5.3 длиннее зубцов 5.4, так что между дисками 5.5 и

5.6 образован небольшой зазор. Отверстия

5.7 и 5.8 имеют такой же диаметр, что и отверстия 4.5 и 4.6, и также смещены отно1762422 сительно общей оси в противоположные стороны т.е., что отверстия 4.5 и 5.7, 4.6 и 5.8 являются аксиальными (для удобства соединения краев отверстий линейными индуктивными проводниками). Индуктирующие проводники 9 и 10 обеспечивают последовательное соединение двух объемных элементов 4 и 5. Один конец проводника 9 контактирует с краем отверстия 4.6, другой — с краем отверстия 5.8 (в точках, находящихся на линии, по которой смещены отверстия относительно оси устройства). Один конец проводника 10 контактирует с краем отверстия 4,5, другой — с краем отверстия

5.7 (в противоположных точках).

Рассмотрим принцип работы индукционного нагревательного устройства.

На первичную тороидальную обмотку 2 трансформатора поступает переменный ток от ВЧ-источника (на чертеже не показан).

Переменный ток создает вокруг обмотки 2 переменное магнитное поле. Сердечник 1 намагничивается расположенной на нем обмоткой 2, создавая дополнительное переменное магнитное поле, Увеличенное т.о, в тысячи раз переменное магнитное поле в следствие электромагнитной индукции возбуждает на краях отверстий 4,5 и 4.6, 5.7 и

5.8 в дисках 4.3 и 4.4, 5.5 и 5.6 вторичных объемных элементов 4 и 5 переменную ЭДС индукции. Суммарный магнитный поток, изменяясь во времени, обеспечивает ЭДС, большую по сравнению с ЭДС, которая возникала бы в устройстве с одним вторичным витком (см.приведенные выше формулы).

Индуктирующие проводники 9 и 10 соединяют края отверстий 4.6 и 5.8, 4.5 и 5.7 в дисках 4,4 и 5.6, 5.6, 4.3 и 5.5, образуя последовательно замкнутую цепь с объемными элементами 4 и 5. По проводникам 9 и 10 идет индукционный ток большой силы. По оси устройства между индуктирующими проводниками 9 и 10 помещается нагреваемый объект- проволока, пруток трубка и т.п.

Заявляемое устройство по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает более высокую мощность за счет увеличения

ЭДС и более высокий КПД при меньших массогабаритах, что достигается особой конструкцией устройства, Активная зона в устройстве находится в замкнутом обьеме, 5 в результате чего тепловые потери с поверхности нагреваемого объекта практически сводятся к нулю. Это также способствует повышению КПД устройства, т,к к объекту подводится большая мощность, что увели10 чивается скорость нагрева и как следствие, достигается большая производительность установки для нагрева.

Формула изо бретения

15 Индукционное нагревательное устройство, содержащее трансформатор. выполненный в виде тороидального сердечника с первичной обмоткой и охватывающего его объемного цилиндрического вторичного

20 витка с контактными элементами в виде дисков с отверстиями в центре, и замыкающий края вторичного витка индуктор в виде линейных проводников, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД и мощно25 сти устройства, вторичный виток состоит из двух коаксиальнык элементов, каждый из которых выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров, замкнутых на одном из торцов, противолежащих для обоих элементов, 30 указанными контактными дисками с отверстиями в центре, а с другого торца края обоих цилиндров внутреннего элемента снабжены зубцами. расположенными в выполненных в контактном диске наружного

35 элемента прорезях, при этом цилиндры обоих элементов с разомкнутых торцов снабжены дополнительными контактными дисками, расположенными с зазором друг от друга, отверстия в дополнительных кон40 тактных дисках выполнены попарно эксцентрично для каждого объемного элемента и попарно аксиально для внутренних и внешних цилиндров обоих элементов, а проводники индуктора замыкают края этих

45 отверстий в точках, лежащих на линиях эксцентрики, с обеспечением последовательного соединения элементов.

1762422

Составитель О,Чупина

Техред М.Моргентал Корректор Н. Бучок

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3266 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5