Piotr URBANEK, Andrzej FRĄCZYK, Jacek KUCHARSKI

1. ALGORYTMY STEROWANIA KILKOMA RUCHOMYMI WZBUDNIKAMI W NAGRZEWANIU INDUKCYJNYM OBRACAJĄCEGO SIĘ WALCA Piotr URBANEK, Andrzej FRĄCZYK, Jacek KUCHARSKI

2. Wzbudniki nieruchome.Nierównomierność rozkładu temperatury wzdłuż tworzącej walca.

3. Czy za pomocą metody nagrzewania indukcyjnego powierzchnię wirującego walca można zgodnie z wymogami technologicznymi nagrzać równomiernie?

4. Do rozważań przyjęto model numeryczny obracającego się walca stalowego, w którym przyjęto następujące założenia upraszczające: • Prądy wirowe generowane na powierzchni walca zostały zastąpione punktowymi źródłami ciepła o mocy czynnej obliczonej we wcześniejszych symulacjach komputerowych popartych badaniami empirycznymi • Z uwagi na to, że w trakcie ciągłej pracy temperatura powierzchni walca wynosi od 70 do 300C i jej wahania nie przekraczają kilkunastu stopni Celsjusza można założyć stałość elektrycznych i cieplnych parametrów materiałowych modelu, przyjmując wartości średnie dla rozważanego przedziału temperatur. • Do badań przyjęto dwuwymiarowy cieplny model numeryczny, zakładając, że na skutek ruchu obrotowego walca moc generowana pod każdym z wzbudników zostaje „rozmyta” wzdłuż jego obwodu. Zatem najistotniejsze z punktu widzenia dynamiki cieplnej obiektu stają się wymiary wzdłuż tworzącej walca oraz wzdłuż grubości jego części roboczej (tzw. płaszcza).

5. Widok połowy modelu numerycznego z warunkami brzegowymi 3 rodzaju.

6. x y Miara nierównomierności nagrzewania powierzchni walca. Definicja: Miarą równomierności temperatury powierzchni walca jest różnica pomiędzy największą i najmniejszą wartością temperatury wzdłuż tworzącej walca w stanie cieplnie quasi-ustalonym, czyli: gdzie: i – numer elementu na powierzchni walca wzdłuż osi x, k – czas próbkowania.

7. Wariant 1. Obliczony rozkład mocy czynnej zasilającej walec zapewniający najkorzystniejszy rozkład temperatury na jego powierzchni.

8. Czy poruszając wzbudnikami wzdłuż tworzącej walca jesteśmy w stanie utrzymać podobną równomierność temperatury, jak dla obliczonego wcześniej rozkładu mocy „idealnej”?

9. Jeden poruszający się wzbudnik.Rozkład temperatury wzdłuż tworzącej walca staje się dużo bardziej równomierny.

10. Jeden poruszający się wzbudnik.Rozkład temperatury wzdłuż tworzącej walca staje się dużo bardziej równomierny.

11. Cel badań: możliwie najlepsza równomierność rozkładu temperatury na powierzchni walca. • Jaka jest minimalna prędkość nad powierzchnią walca pojedynczego wzbudnika o mocy zależnej jedynie od wymagań technologicznych. • Zakładając maksymalną moc grzejną dostarczaną przez pojedynczy wzbudnik, ile wzbudników wymaganych jest do nagrzewania powierzchni walca aby osiągnąć wymagany poziom temperatury? • Jaka będzie wyglądała zależność prędkości wzbudników od ich liczby? • Jak i w jakim obszarze nad powierzchnią walca wzbudniki powinny poruszać się względem siebie?

12. Sposoby nagrzewania powierzchni walca za pomocą ruchomych wzbudników. • Parametry nagrzewania ruchomymi wzbudnikami: • prędkość liniowa wzbudników • liczba wzbudników • zakres poruszania się wzbudników oraz ich moc chwilowa na wybranymi obszarami

13. Wariant 2. Wartość współczynnika R w zależności od liczby wzbudników dysponujących nieograniczoną mocą oraz ich prędkości liniowej nad powierzchnią walca. Wnioski do projektowania rzeczywistego układu: Powyżej prędkości wzbudników wynoszącej 7cm/s wartość współczynnika R nie przekracza 2C. Dla prędkości wzbudników poniżej 4cm/s istnieje duża zależność pomiędzy liczbą aktywnych źródeł grzejnych a wartością współczynnika nierównomierności rozkładu temperatury wzdłuż tworzącej walca.

14. Wartość współczynnika R w zależności od liczby wzbudników dysponujących ograniczoną mocą oraz ich prędkości liniowej nad powierzchnią walca. Wnioski do projektowania rzeczywistego układu : Wartość współczynnika R zależy głównie od liczby poruszających się źródeł ciepła. W badaniach ograniczono moc czynną źródeł ciepła do 1500 watów. Jest to wariant możliwy do praktycznej realizacji.

15. Wariant 3. Nagrzewanie walca wzbudnikami dysponującymi ograniczoną mocą czynną, poruszającymi się w obrębie stref, których długość określona została na podstawie zapotrzebowania na energię cieplną. Układ z trzema wzbudnikami. Układ z sześcioma wzbudnikami.

16. Zależność wartości współczynnika R od liczby wzbudników oraz ich prędkości nad powierzchnią walca. Wnioski do projektowania rzeczywistego układu : Poziom nierównomierności rozkładu temperatury wzdłuż tworzącej walca zależy głównie od liczby wzbudników. Istotny jest jednak fakt uzyskania dla 6 wzbudników nierównomierności na poziomie 5C nawet dla niewielkich prędkości wzbudnika.

17. Podsumowanie • W artykule przedstawiono koncepcję uzyskania równomiernego rozkładu temperatury wzdłuż tworzącej walca za pomocą sekcji ruchomych wzbudników, • Dla ruchomych wzbudników najlepsze efekty daje stosowanie źródeł grzejnych o dostatecznie dużej, potrzebnej do zredukowania wartości współczynnika R mocy grzejnej, • W przypadku, gdy moc wzbudników jest ograniczona do wartości 1,5 kW (odpowiednik mocy wzbudników w układzie laboratoryjnym) zadawalające efekty można uzyskać jedynie dla 6 sekcji ruchomych wzbudników.