Московский энергетический институт (национальный исследовательский университет)

1. Московский энергетический институт (национальный исследовательский университет) Кафедра ФЭМАЭК Метод моделирования градиентного нагрева металлических заготовок Аспирант: Некрасова Н.С. Руководитель:д.т.н., проф. Кувалдин А.Б. Москва, 2011 1

2. Разработка методики расчета параметров индукционной системы «индуктор-заготовка». Математическое моделирование установки индукционного градиентного нагрева алюминиевых заготовок в программе ELCUT. Расчет конструкции индуктора для градиентного нагрева и режимов его работы. Разработкановых вариантов индукторов для градиентного нагрева. Основные положения 2

3. Проводящие материалы кабельных изделий Металлическая оболочка кабеля 3

4. Конструкция существующей установки Прокладка Слиток Лоток Плита Брус Цилиндр Магнитопровод Индуктор Расположение секций индуктора Номера секций (1-15) Номера витков (1-90) 4

5. Работа индукционной установки Изоляция Толкатель Хол. заготовка Индуктор на пресс Приводные ролики Направляющие Гор. заготовка Этапы нагрева 5

6. Распределение температуры по длине Градиентный нагрев Выдержка Основной нагрев Электрические характеристики 6

7. Геометрическая осесимметричная модель установки в среде ELCUT Магнитопровод Воздух Индуктор Слиток Конечно-элементная сетка 7

8. Распределение плотности тока в заготовке при основном (а) и градиентном (б) нагреве Iполн (107 А/м2) 6,930 6,237 5,544 4,851 4,158 а) 3,465 2,772 2,079 1,386 0,693 0,000 б) 8

9. Распределение температуры в заготовке при основном (а) и градиентном (б) нагреве Температура, 0С 3200С 4200С 520 494 466 438 410 а) 382 4200С 5200С 354 326 298 270 240 б) 9

10. Сравнение распределения температуры по длине заготовки Основной нагрев Градиентный нагрев Расчет Эксперимент Эксперимент Расчет Погрешность ≤ 10 %. 10

11. Исследование установки в среде ELCUT 1 2 3 4 Температура, 0С Распределение температуры в заготовке по позициям: 610 1 564 498 433 2 368 302 237 3 171 106 40 4 20 11

12. Исследование формы индуктора индуктор укороченный Температура, 0С 545 4300С 4980С 482 420 индуктор ступенчатый 358 297 234 3370С 200С 172 индуктор 3 зоны 110 88 5450С 4320С 40 20 12

13. Разработка новых вариантов установки Вариант 1 Время: t= 140 с Длина индуктора: L = 418 мм Число витков: W = 66 Ток: I=2540А Вариант 2 Время: t= 90 с Длина индуктора: L = 513 мм Число витков: W = 84 1 2 3 13

14. Распределение температуры в заготовке в установках: существующей (а), вариант 1 (б), вариант 2 (в) Температура, 0С 4200С 5200С 550 530 Вариант 1 510 а) 490 4300С 5050С 470 Вариант 2 450 430 Существующая 410 б) 390 4100С 5200С 370 350 в) 14

15. Заключение Разработана компьютерная модель для анализа электромагнитных и тепловых процессов в индукционной установке градиентного нагрева Доказана достоверность результатов математического моделирования совпадением результатов расчета с данными экспериментов Предложены и смоделированы два эффективных варианта индукторов для градиентного нагрева алюминиевых заготовок Определены оптимальные электрические и технологические параметры процессов нагрева 15