Индуктор для нагрева цилиндрическихизделий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспубликао делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретениЯрд,ч 4 цеский-убцовский проектно-конструкторский техн институт тракторостроения 1) Заявител РИЧЕСКИХ ЛЯ НАГРЕВА ЦИ ИЗДЕЛИЙ(54) 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 5 между нагреваемой и ненагреваемой частями изделия не удовлетворяет техническим требованиям на многие изделия.Известен индуктор 2 для нагрева цилиндрических изделий, который также содержит 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 зао 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 допол 802379ните и. ной примыкают непосредственно кпервичной обмотке и, таким образом, обеспечивается непосредственная электромагнитная связь между первичной обмоткой и частями вторичной обмотки,В этом заключается недостаток известного индуктора. Наличие непосредственнойэлектромагнитной связи между первичной ивсеми частями вторичной обмотки затрудняет создание плавной и стабильной переходной зоны.Так например, при изменении контурноготока в первичной обмотке соответственнооднозначно меняются по величине токи вчастях вторичной обмотки, отсюда величина переходной зоны находится в зависимости от нестабильности интенсивности нагрева, т. е. от нестабильности контурного тока.Целью изобретения является улучшениекачества термообработки за счет получениястабильной переходной зоны между нагреваемой и ненагреваемой частями изделиявне зависимости от колебаний контурноготока в первичной обмотке.Для достижения этой цели в известноминдукторе для нагрева цилиндрических изделий, содержащем многовитковую первичнуюобмотку и вторичную обмотку, состоящую изсоосно установленных основной и дополнительной частей, в котором основная часть всечении имеет форму трапеции, обращеннойбольшим основанием к первичной обмотке,большее основание трапеции выполнено полностью перекрывающим первичную обмотку,а дополнительная часть вторичной обмоткивыполнена многовитковой, витки которойустановлены с обеих сторон основной частивторичной обмотки.Другое отличие заключается в том, чтовитки дополнительной части вторичной обмотки установлены с зазором относительноосновной 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 частимогут быть соединены с основной частью вто"ричной 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; В - 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; 1 й - ток, индуцируемый в большом основании в основной части вторичной обмотки; 1 з - 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; 16 - ток, индуцируемый в изделии от дополнительной части вторичной обмотки; а в точка разветвления тока 1 на токи 1 з и 1, 3 - точка суммирования токов 1 з и 1, на фиг. 3 - конструктивная схема индуктора,у которого витки дополнительной части 5 вторичной обмотки установлены с зазором относительноосновной части вторичной обмотки, сопрягаются с ней по конической поверхности и имеют в сечении форму треугольника; на фиг. 4 в . дополнительная часть 6 вторичной обмотки, у которой внутренняя поверхность ц выполнена конической (4 - угол наклонавнутренней поверхности дополнительной час ти вторичной обмотки к изделию); на фиг. 5 схематично показано распределение токов в обмотках индуктора, показанного на фиг. 3; Ъ - 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 1; 1 ю - ток, индуцироз 0 ванный в дополнительной части вторичнойобмотки в месте, непосредственно примыкающем к большому основанию трапеции основной части вторичной обмотки; 1,с ток в изделии, индуцированный от тока 1 э.Индуктор (фиг. 1) имеет первичную мнои говитковую обмотку 1. Вторичная обмоткасостоит из основной части 2 и дополнительных частей 3.Основная часть 2 представляет собойполый виток с прорезью и в сечении имеетформу 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 вторю ричной обмотки. Дополнительные части 3вторичной обмотки выполнены из нескольких витков и установлены соосно с основной частью 2. Витки дополнительных частей 3 электрически подсоединены к основной части встречно. Подключение (фиг. 2)произведено по обеим сторонам от прорези витка основной части.Полости первичной и частей вт;пичнойобмотки заполнены проточной водой для охлаждения обмоток, Первичная и цторич-ная обмотки изолированы друг от .;руга В индукторе (фиг. 3) дополнител;аячасть вторичной обмотки 5 представляет сс5бой 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 1. Линии тока 1 з, дойдя до прорези основной части вторичной обмотки, разделяются в точке д на ток 11, 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 1 з и 1 вновь соединяются в точке Ь.В изделии в зоне А (фиг. 1) от тока 1 э основной части вторичной обмотки индуцируется ток 1 в (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 1 е, линии которого направлены встречно линиям тока 1 р. 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 з стремятся переместиться в более холодную зону В, но тем в большей степени его компенсирует ток 1 с, индуцированный от витков 3.Это объясняется тем, что при прогреве зоны А ток 1 а в точке а в силу эффекта близости разделяется на ток 1 з и 1 в других пропорциях, чем в том случае, когда зона 802379ьА оставалась еще холодной, т. е. ток 1 ксличественно увеличивается за счет уменьшения тока 1 зВлияние противовключенных витков 3на ограничение зоны А нагрева и стабилизацию переходной зоны можно регулировать различными методами: сопротивлением витков 3, их диаметром и количеством, выбором точек подключения.Если точки подключения виги а 3 нае.- дятся в непосредственной близости от прорези ос овной части вторичной обмотк , то10происходит самый большой отбо;,", . ости на витки 3, что не всегда удовлетворяет требованиям нагрева. При удалении точек подключения от прорези отбор мощности в них уменьшается.Индуктор (риг. 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 следуюшим образом; при включении в контур первичной обмотки 1 (фиг. 3) по кей также протекает ток 1.На фиг. 5 точками показано направлениеэтого тока в рассматриваемый момент времени.2 В большем основании основной частивторичной обмотки 2 (фиг. 3) индуцируется ток 1 а (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 1 е в малом осноз 5 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 Ь индуцируется ток 1 (фиг, 5), вызывающий нагрев изделия. Направление тока 1 обратное направлению тока 1.В дополнительной части 5 вторичной обмотки в месте, непосредственно приближенном к току 1 д основной части вторичной об 4 мотки, индуцируется ток 1 по направлению,обратному току 1. Ток 1 т в свою очередь вызывает в зоне В (фиг. 5) изделия ток 1 е, обратный по направлению току 1 в зоне А изделия.Таким образом, когда в процессе сквозе 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 1 в зоне А изделия складывается с обратным по направлению током 1 е в изделии, наведенным дополнительной частью вторичной обмотки 5. Ре 7 8023795со 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 1 за счет перераспределения электромагнитного поля при глубинном прогреве зоны А изделия, и от дополнительной части вторичной обмотки 5 индуцируется ток 18. Токи Ь и 1 по величине в конечном итоге зависят от первичного тока 1 и повторяют все его возможные колебания. При отсутствии дополнительной части вторичной обмотки 5 отсутствовал бы и ток 1 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 1 у, 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 Ой 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 ре 15 ло 2 эо И 4 О 45 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 цилиндрическихизделий, содержащий многовитковую первичную обмотку и вторичную обмотку, состоящую из соосно установленных основной идополнительной частей, при этом основнаячасть в сечении имеет форму трапеции, обращенной большим основанием к первичнойобмотке, отличающийся тем, что, с цельюулучшения качества термообработки за счетполучения 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 вторичнойобмотки установлены с зазором относительно основной части, сопряжены с ней по конической поверхности и имеют в сеченииформу треугольника,3. Индуктор по пп. 1 и 2 отличающийсятем, что внутренняя поверхность витков дополнительной части вторичной обмотки выполнена конической.4. Индуктор по п, 1, отличающийся тем,что витки дополнительной части соединеныс основной частью вторичной обмотки и подключены к ней встречно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Слухоцкий А. Е. и Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева. Энергия, Ленинградское отделение, 1974,рис. 10 - 14.2. Авторское свидетельство СССР484259, кл. С 21 Р 1/12; Н 05 В 5/18,1973.Редактор Н. АхмедоваЗаказ 10155/32ВНИИПИ Госпо делам113035, Москва,Филиал ППП Пат Составитель И. СтоляроваТехред А. Бойкас Корректор Н. СтецТираж 629 Подписноедарственного комитета СССРизобретений и от крытийЖ - 35, Раушская наб д. 4/5нт, г. Ужгород, ул. Проектная, 4