Нагреваемого материала

водом и нагреваемой поверхностью. Точное вычисление его весьма сложно, но задачу можно упростить, воспользовавшись приближенным вычислением поперечного поля рассеяния провода, заложенного в открытый паз. При расчете поля рассеяния будем считать его равномерным. Условно продолжим башмаки магнитопро-вода до нагреваемой поверхности ( 6-8, вертикальные штриховые линии). Такое допущение оправдывается тем, что обычно отношение (h + h')/a' в несколько раз меньше единицы; при этом получается достаточно точный результат. Будем также считать, что магнитная проницаемость магнитопровода равна бесконечности. Тогда на основании закона полного тока получим

скость которой параллельна нагреваемой поверхности ( 11-4, а). Индуктирующие провода 2 создают свои зоны нагрева, которые могут сомкнуться при большой глубине слоя и длительном нагреве. Для повышения КПД и коэффициента мощности индукторы снаб-

Индукторы второго типа представляют собой петлю, плоскость которой перпендикулярна нагреваемой поверхности ( 11-4, с;). Ветвь петли 2 является индуктирующим проводом, а ветвь 3 служит обратной шиной. Чтобы получить приемлемый КПД такого индуктора без магнитопровода (например, на радиочастоте), расстояние между ветвями 2 и 3 должно быть взято много большим, чем зазор между индуктором и деталью. Индукторы средней ча-

Установки типа ИЗ могут дополняться закалочными станками или использоваться самостоятельно. В последнем случае приспособление для закалки монтируется на сливном блоке. Площадь одновременно нагреваемой поверхности может достигать 200 см2 при мощности 100 кВт и 400 см2 при 200 кВт.

или ее величиной, отнесенной к площади нагреваемой поверхности S, исчисляемой в кВт/см2,

Процесс нагрева при данной частоте и прочих условиях определяется средним значением удельной мощности нагрева (в кВт/см2), т.е. энергией, сообщаемой в единицу времени нагреваемой детали, отнесенной к единице нагреваемой поверхности.

чей глубины проникновения при прочности или по другим причинам задана глубина закалки для цилиндрической детали, составляющая 15—20% от диаметра, то по формулам (3) —(5) (без учета диаметра нагреваемой поверхности) может быть выбрана частота, неприемлемая в отношении электрического к. п. д. индуктора. Последний зависит ( 14) от отношения диаметра нагреваемой стальной детали Од к глубине проникновения в горячую сталь Дг или от произведения частоты тока / наО^ детали [5]. Представленная на 14 зависимость для различных соотношений диаметров детали ?>д и индуктора Ои в горячем режиме показывает, что при Од / ^ 25-Ю3, где / в кГц, а Од в мм, величина к. п. д, индуктора заметно не растет. Снижение частоты ниже пределов, при которых Од f < 3 • 103, уже недопустимо, так как к.п.д. индуктора даже с малым зазором упадет ниже 70%. Таким образом, при выборе частоты для закалки наружной поверхности цилиндров, кроме вычислений по формулам (3)-—(5), необходимо производить корректировку на соотношение частоты диаметру детали по неравенству

На 29 представлена номограмма, позволяющая по заданным диаметру нагреваемой поверхности Од и ширине индуктирующего провода &и определить мощность, которую нужно передать от генератора в нагревательный контур. Можно также решить и обратную задачу: приближенно определить, какая ширина индуктора должна быть (для непрерывно-последовательного нагрева) при использовании имеющегося генератора или какая может быть обеспечена глубина закаленного слоя при заданной зсне закалки одновременным способом. Построение и пользование этой номограммой аналогично рассмотренному (см. 17 и 20). Справа ( 29) расположена шкала диаметра нагреваемой поверхности от 15 до 300 мм и соответствующие горизонтальные линии. Параллельно им из точки шкалы, отвечающей диаметру ?>д, откладываем горизонтальную линию. Под углом 45° к горизонталям линиями снизу вверх направо обозначена ширина индуктирующего провода индуктора от 15 до 300 мм. Перпендикулярно этим линиям проведены прямые, отвечающие значениям мощности, передаваемой в деталь, Яд в кВт/см2 по заданному режиму (рл и /н). Эта величина непосредственно каким-либо прибором не измеряется, но может быть определена калориметриро-ванием.

расчете сопротивления цилиндрических и овальных индукторов, внутрь которых помещена нагреваемая деталь, можно принимать, что ток сконцентрирован лишь на внутренней стороне провода. Усиление магнитного поля внутри индуктора в соединении эффектом близости повышает эффективность нагрева деталей, охваченных индуктором. В этом случае кольцевой эффект полезен, несмотря на увеличение активного сопротивления индуктирующего провода. Однако он затрудняет нагрев внутренних поверхностей, действуя противоположно эффекту близости и уменьшая напряженность магнитного поля у нагреваемой поверхности.

Вследствие кольцевого эффекта и эффекта близости ток концентрируется в основном у стороны индуктирующего провода, обращенной к нагреваемой , поверхности.

Практически для деталей среднего машиностроения (автомобили, тракторы, металлорежущие станки) зазоры меньше 2—3 мм следует выбирать только в отдельных обоснованных случаях. При этом необходимо учитывать, что на нагреваемых поверхностях могут быть припуски на последующую механическую обработку. При выборе зазора необходимо учитывать также точность изготовления нагреваемой поверхности и поверхностей, на которых базируется деталь, а также допуски на взаимное расположение их. Зазор должен быть в 4—5 раз больше суммарной ошибки, которая- может появиться из-за случайного совпадения отклонений размеров и расположения нагреваемой и базовых поверхностей.

Требуется нагреть заданное количество материала известной теплоемкости с какой-либо начальной температурой до определенной конечной температуры в заданное время. Исходя из этих условий находят сечение и длину нагревателей, питаемых током известного напряжения. Расчет обычно начинают с определения полезного количества теплоты, кДж, необходимой для повышения температуры нагреваемого материала до заданной величины без учета тепловых потерь Quoj} — ctn(tK—/н), где т—масса нагреваемого материала, кг; ta — начальная температура материала, °С; tK — конечная температура материала, °С; с — удельная теплоемкость материала, кДж/(кг-°С) (табл. 15).

Расчет нагревательных элементов начинается с выбора допустимой удельной поверхностной мощности, т. е. мощности, выделяемой с единицы внешней поверхности нагревателя. Эта величина показывает, какое количество тепла может быть отдано с единицы поверхности нагревателя. Удельная поверхностная мощность зависит от температуры нагреваемого материала, а также от конструктивного выполнения нагревателей.

Установки высокочастотного нагрева сантиметрового диапазона волн дают возможность осуществить плавку стекла, нагревание горной породы в шахте, облучение различных участков тела человека с целью биологического воздействия и т. п. На частотах от 2 до 200 Мгц высокочастотный нагрев происходит в электрическом поле конденсатора, между пластинами которого помещают нагреваемый материал. На сверхвысоких частотах нагрев можно производить либо путем помещения нагреваемого материала в объемный резонатор, либо путем облучения его энергией направленной электромагнитной волны.

Особенностью генераторов для высокочастотного нагрева диэлектриков является изменение нагрузки, связанное с изменением угла диэлектрических потерь б нагреваемого материала. Поэтому необходимо предусматривать возможность регулирования согласования нагрузки с генератором в процессе нагрева.

Поляризационные потери в диэлектрике увеличиваются с частотой, что используется для понижения напряжения на рабочем конденсаторе. Поэтому для нагрева диэлектриков используются высокие частоты, не ниже нескольких сотен тысяч герц, а часто и диапазон СВЧ. Это второе отличие от индукционного нагрева металлов, где используются частоты от нескольких герц до частот радиотехнического диапазона в зависимости от свойств нагреваемого материала, формы и размеров нагреваемых объектов, технологии.

гДе Ра—удельное сопротивление нагреваемого материала, Ом-м.

зазор и диэлектрическая проницаемость нагреваемого материала. Приближенный характер равенства (9-85) мало сказывается на точности расчета эквивалентных параметров конденсатора, так как емкость и сопротивление — интегральные характеристики системы. Неоднородность поля у краев диэлектрика влияет только на распределение внутренних источников тепла.

В качестве примера рассмотрим расчет конденсатора с прямоугольными пластинами на 9-16. Размеры конденсатора: аг — --= 0,75 м; Ьг = 0,45 м; d± = 0,15 м. Размеры загрузки: а2 = 0,6 м; Ь2 == 0,3 м; d2 — 0,12 м. Воздушный зазор ds = dl — d2 = 0>03 м. Частота поля 10 МГц. Параметры нагреваемого материала: е' = = 10; tg6 = 0,1.

Применение сверхвысоких частот (СВЧ) для нагрева диэлектриков позволяет получать достаточно высокие удельные мощности при сниженных значениях напряженности электрического поля. Ограничения на напряженность поля чаще всего бывают связаны со свойствами нагреваемого материала или с технологическими особенностями нагрева.

направленную параллельно поверхности диэлектрика (см. 16-8). г Значение Еи максимально при х --•- а/2, т. е. как раз там, где проходит лист нагреваемого материала. Токи в середине широкой стенки волновода при распространении волны типа Н10 текут вдоль оси волновода, и щель для пропуска нагреваемого материала не искажает структуры поля и не вызывает заметного излучения с поверхности волновода.

Целесообразность применения инфракрасного нагрева, его экономическую и технологическую эффективность определяют свойства материалов. Если поглощенная доля лучистой энергии инфракрасной области спектра невелика, то эффект нагрева незначителен. Кроме того, на эффективность этого вида нагрева отрицательно влияют малая теплопроводность нагреваемого материала И СЛОЖНЭЯ форма