Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для индукционного нагрева

Изобретение относится к индукционному нагреву металлических изделий, например труб, и может быть использовано для местного нагрева трубопроводов для удаления изоляции с целью последующего ремонта трубопровода.

Из уровня техники известно устройство для снятия полимерных покрытий со стальных конструкций ПромСЭЛТ-60/50УСП-ИН (promselt.ru/catalogue/coating), которым осуществляют индукционный нагрев поверхностного слоя стальной трубы до температуры разложения материала покрытия. При этом разрушаются адгезионные связи между покрытием и очищаемой поверхностью, и покрытие легко удаляется. Индуктор устройства выполнен из медной водоохлаждаемой трубки, заключенной в корпус, который перемещают по нагреваемой поверхности.

Недостатком данного устройства является высокая токовая нагрузка на индуктор, что вынуждает применять водяное охлаждение и, как следствие, приводит к усложнению конструкции и неудобству в эксплуатации.

Известно устройство для индукционного нагрева (патент РФ №2174291, МПК H05B 6/36, опубликовано 27.09.2001 г.), содержащее две изолированные секции с участками полуцилиндрической формы, соединенные шарниром, ось которого параллельна осям полуцилиндров, причем секции выполнены в виде прямоугольных катушек с витками, проходящими по поверхности полуцилиндров, и первая секция имеет два контактных вывода; вторая секция выполнена в виде зеркального отображения первой, контактные выводы секций расположены на половинах секций, прилегающих к оси шарнира, при этом первая пара зеркально расположенных контактных выводов соединена гибкой проводящей перемычкой, а вторая пара служит для подключения к источнику питания.

Недостатком устройства является сложность конструкции и пониженное удобство эксплуатации.

Известно взрывозащищенное высокочастотное нагревательное устройство, применяемое в безогневой ремонтной технологии (патент РФ №2145468, МПК H05B 6/40, опубликовано 10.02.2000 г.), которое представляет собой резонансный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и накопительного конденсатора. Устройство содержит П-образный магнитопровод с имеющимися на нем взаимно перпендикулярными нагревательными плоскостями, на концах которых, в случае нагрева криволинейных поверхностей металла, могут устанавливаться съемные полюсные наконечники, выполненные в виде эластичных термостойких ампул, наполненных диэлектрическим магнитным порошком. На П-образном магнитопроводе расположена катушка индуктивности, обмотка которой выполнена секционной, многослойной бифилярной намоткой. Устройство подключено к автоматическому высокочастотному преобразующему источнику питания при помощи соединительного кабеля.

Недостатком данного устройства является его сложность и неудобство в эксплуатации при использовании для случаев нагрева криволинейных поверхностей из-за установки съемных полюсных наконечников в виде эластичных ампул, наполненных магнитным порошком.

Известно устройство для индукционного нагрева (патент РФ №2356186, МПК H05B 6/36, C21D 1/42, опубликовано 20.05.2009 г.), содержащее магнитопровод, токопровод, расположенный внутри магнитопровода, крепежные элементы, термоизоляцию, токопровод, выполненный из гибкого медного изолированного провода, образует плоскую полосу с прямой и обратной ветвями, концы которых заканчиваются байонетными соединителями, а по всей длине прямой и обратной ветвей токопровода равномерно закреплены полуовальные сердечники магнитопровода из ленты аморфных сплавов, которые максимально приближены к поверхности нагреваемого объекта, причем для закрепления токопровода по всей длине использованы крепежные элементы из изоляционного материала, а для закрепления самого устройства для индукционного нагрева на нагреваемом объекте дополнительно введены стяжные ленты, проходящие через крепежные элементы над прямой и обратной ветвями токопровода; пряжка и панель с замком, при этом магнитопровод, токопровод с крепежными элементами из изоляционного материала и дополнительная панель размещены в чехле из механически прочной ткани, защищенном чехлом из термостойкого материала, а стяжные ленты проходят через отверстия в чехлах.

Недостатком данного устройства является его сложное конструктивное выполнение и ограниченные функциональные возможности, обусловленные обязательным креплением к месту нагрева, и отсутствие мобильности.

Задачей изобретения является создание простой и удобной в эксплуатации конструкции устройства для индукционного нагрева дугообразных участков металлических изделий, покрытых изоляцией.

Технический результат изобретения заключается в повышении КПД за счет снижения токовой нагрузки и уменьшения рассеивания магнитного поля и как следствие повышении эффективности индукционного нагрева.

Поставленная задача решается и технический результат достигается устройством для индукционного нагрева, содержащим магнитопровод, составленный из П-образных и Г-образных ферромагнитных сердечников, закрепленных на внутренней решетчатой панели в корпусе устройства, таким образом, что они образуют замкнутый канал, в котором размещен токопровод, при этом магнитопровод имеет два параллельных прямолинейных участка, состоящих из П-образных сердечников, замкнутых двумя дугообразными участками, состоящими из чередующихся П-образных и Г-образных сердечников, причем сердечники имеют разную длину стержней для обеспечения минимального зазора между магнитопроводом и дугообразным дном корпуса устройства, располагаемого на дугообразной нагреваемой поверхности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан магнитопровод с токопроводом, на фиг. 2 - общий вид устройства для индукционного нагрева, на фиг. 3 - вид сверху, на фиг. 4 - вид сбоку, на фиг. 5 - разрез устройства по сечению А-А, на фиг. 6 - электрическая схема устройства,

Магнитопровод с токопроводом образуют непосредственно индуктор, который размещен в жестком корпусе устройства. Магнитопровод (фиг. 1) составлен из П-образных сердечников 1 и Г-образных сердечников 2, которые расположены с образованием замкнутого канала для размещения в нем токопровода 3. При этом магнитопровод имеет два параллельных, прямолинейных участка, состоящих из П-образных сердечников 1, и два замыкающих дугообразных участка, состоящих из чередующихся П-образных и Г-образных сердечников. Сердечники 1 и 2 закреплены на внутренней решетчатой панели 4 в корпусе 5 устройства (фиг. 5). Сердечники имеют разную длину стержней 6, максимально приближенную к расстоянию от решетчатой панели в местах крепления сердечников до дугообразного дна 7 корпуса. Это обеспечивает минимальный зазор между магнитопроводом и дугообразным дном 7 корпуса устройства, располагаемого на дугообразной нагреваемой поверхности трубы 8. Магнитные потоки Г-образных сердечников со стороны малого радиуса дугообразных участков магнитопровода перетекают на П-образные сердечники (фиг. 1) и через их стержни замыкаются на нагреваемую поверхность трубы. Предложенное конструктивное выполнение сердечников повышает добротность индуктора, что приводит к снижению токовой нагрузки и соответственно к увеличению КПД. Токопровод 3, выполненный из гибкого медного многожильного провода, каждая жила которого имеет изоляционный слой лака, закреплен вместе с сердечниками магнитопровода к решетчатой панели 4 посредством хомутов 9. Корпус 5 устройства выполнен в виде жесткого диэлектрического короба с дугообразным дном и разновысоким верхом. В центральной возвышенной части внутри короба размещен вентилятор 10 (фиг. 2-5), а на ее верхней панели расположены кнопки «Пуск» 11 и «Стоп» 12, индикаторы рабочего состояния 13. На низких частях короба расположены ручки 14 для переноса и перемещения устройства по нагреваемой поверхности. При этом ручки и кнопки максимально приближены друг к другу для того, чтобы оператор, удерживая устройство, имел возможность свободными пальцами рук воздействовать на кнопки 11 и 12. На торцевых панелях короба на полуосях установлены колесики 15 для облегчения перемещения устройства по нагреваемой поверхности. Колесики обеспечивают минимальный зазор, необходимый для преодоления шероховатости на поверхности изоляционного покрытия труб. На верхней панели возвышенной части короба выполнены входные вентиляционные отверстия 16, а на боковых панелях передней и задней стенок выполнены выходные вентиляционные отверстия 17.

Устройство для индукционного нагрева работает следующим образом.

На участок трубы 8, подлежащий нагреву, прикладывают устройство, используя ручки 14 (фиг. 4). Выводы токопровода 3 устройства для индукционного нагрева подключают к выходу высокочастотного источника питания, например полупроводникового преобразователя частоты 18 (фиг. 6), параллельно с подключенной батареей компенсирующих конденсаторов 19. При этом используется имеющийся у потребителя источник питания, предназначенный для устройства по патенту аналогу №2356186. При включении преобразователя 18 по токопроводу 3 протекает ток высокой частоты, создавая намагничивающую силу, под действием которой в магнитопроводе наводится переменный магнитный поток, проходящий по цепи: магнитопровод - нагреваемая труба. Под действием этого потока в трубе наводятся разогревающие ее вихревые токи. Устройство перемещают на колесиках вдоль участка трубы до тех пор, пока изоляция не нагреется в достаточной степени для ее свободного отделения от металла трубопровода.

Благодаря предложенной конструкции магнитопровода значительно сокращаются потери, связанные с рассеиванием магнитного поля, что повышает КПД устройства.

На базе предлагаемого изобретения был изготовлен опытный образец устройства для индукционного нагрева сегмента трубы перед снятием заводской изоляции, который прошел испытания в полевых условиях, В ходе испытаний участок трубы размером 0,4×0,6 м подвергался нагреву до температуры 180-200°C в течении 5 мин. В результате нагрева произошло разрушение адгезионных связей между покрытием и очищаемой поверхностью, что позволило легко удалить изоляционное покрытие с участка трубы (katran.pro/video/).

Таким образом, предложенное изобретение позволяет с помощью несложного и удобного в эксплуатации устройства осуществлять эффективный индукционный нагрев дугообразных участков металлических поверхностей, покрытых изоляцией, обеспечивая при этом повышенный КПД.