Яримбаш Дмитро Сергійович. Підвищення ефективності електротехнічного комплексу індукційного нагріву для пресування заготовок вугільно-графітових блоків

Короткий опис

Яримбаш Дмитро Сергійович. Підвищення ефективності електротехнічного комплексу індукційного нагріву для пресування заготовок вугільно-графітових блоків : Дис... канд. наук: 05.09.03 2008

Яримбаш Д.С. Підвищення ефективності електротехнічного комплексу індукційного нагріву для пресування заготовок вугільно-графітових блоків. — Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 — Електротехнічні комплекси та системи. — Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2008.
Дисертаційну роботу присвячено дослідженню електромагнітних і теплових процесів в електротехнічному комплексі індукційного нагріву для заготовок вугільно-графітових блоків. Розроблено об’єктно-орієнтовані моделі системи «індуктори мундштук вугільно-графітова маса» на етапах підготовки та пресування. Застосування вдосконалених методів комп’ютерного моделювання дозволило встановити залежності магнітних, електричних та енергетичних параметрів індукторів з урахуванням параметрів трансформаторів живлення, особливостей конструкції, нелінійності електрофізичних та теплофізичних властивостей. Вдосконалено режим розігріву, схему встановлення термопар, визначено оптимальні співвідношення температурних завдань, що дозволило скоротити тривалість підготовчого етапу, витрати електроенергії, стабілізувати температури робочої поверхні та підвищити якість заготовок.

1. На підставі аналізу робіт вітчизняних і закордонних авторів з проблеми сучасного стану і розвитку пристроїв індукційного нагріву визначено основні напрями досліджень для підвищення ефективності електротехнічного комплексу індукційного нагріву мундштука пресу на основі математичного і експериментального підходів до вивчення взаємозв’язаних нестаціонарних електромагнітних процесів і теплопередачі.
2. Вперше розроблено об’єктно-орієнтовану електротеплову математичну модель, що дає змогу врахувати нелінійності електрофізичних і теплофізичних властивостей активних та конструкційних матеріалів, особливості конструкції, режими роботи індукторів непрямого нагріву, параметри трансформаторів живлення.
3. Розроблено раціональні алгоритми застосування методів двошарових середовищ, скінченних різниць, скінченних елементів, об’єктно-орієнтованих елементів до обчислень електромагнітних та температурних полів для різних етапів технологічного процесу пресування і режимів індукційного нагріву, що забезпечують високу ефективність числової реалізації та скорочення витрат часу в 315 разів. Точність і вірогідність результатів обчислень підтверджується експериментальними даними, що отримані на діючому технологічному обладнанні.
4. На основі математичного моделювання та експериментальних досліджень вперше отримано залежності магнітних і електричних параметрів індукторів непрямого нагріву мундштука пресу від електричних і температурних режимів роботи з урахуванням параметрів трансформаторів живлення, які забезпечують високу точність результатів. Запропоновано вдосконалення технологічної системи шляхом модернізації конструкції індукторів, застосування прямого нагріву, шихтованих осердь з електротехнічної сталі, що дає змогу зменшити струми в обмотках індукторів, забезпечити енергоефективні режими, зменшити втрати в коротких мережах, витрати енергії на компенсацію реактивної потужності, підвищити коефіцієнт потужності індукторів до 0,8 0,85.
5. Вперше розроблено об’єктно-орієнтовану модель теплопередачі електротехнологічної системи «індуктор заходумундштукіндуктор калібру» в трансформаціях Ейерса і градаціях Шлака-Сарьянта, що враховує конструктивні особливості складових системи, нелінійність теплофізичних властивостей матеріалів, особливості механізмів теплопередачі, взаємозв’язані електричні режими роботи індукторів на підготовчому етапі технологічного процесу.
6. За результатами математичного моделювання і експериментальних досліджень виконано ідентифікацію параметрів теплової моделі індукційного нагріву мундштука і обґрунтовано ефективність удосконаленого (ступінчастого) режиму розігріву на зниженій напрузі обмоток, що дає змогу підтримувати на визначеному рівні різницю температур між індуктором і робочою поверхнею мундштука. За відсутності періоду охолодження, скорочено тривалість підготовчого етапу на 15 17%, зменшено втрати тепла і витрати електроенергії на 38%.
7. Вперше розроблено модель динаміки технологічної системи індуктори мундштук вугільно-графітова маса”, що враховує зміни температури навколишнього середовища і маси, швидкість пресування та електричні режими роботи індукторів, для якої забезпечується обчислювальна реалізація в режимі реального часу з високою точністю. Визначено раніше невідомі закономірності зміни температур робочої поверхні мундштука в процесі пресування для діючих схем розташування управляючих термопар. Встановлено вплив самосинхронізації електричних режимів роботи індукторів на збільшення амплітуд температур калібру і заходу, що порушують однорідність структури та знижують якість пресованих заготовок.
8. Вперше вдосконалено схему розташування управляючих термопар, визначено і експериментально перевірено у виробничих умовах оптимальні (за критеріями стабільності температур робочої поверхні та мінімуму енерговитрат) температурні завдання релейного управління, що забезпечують асинхронні режими роботи індукторів, поліпшення показників стабільності температур робочої поверхні мундштука в 1,82,5 рази, зменшення перепадів температур уздовж поверхні заготовок до 24 С; підвищення якості заготовок вугільно-графітових блоків, зменшення відносних струмів і активних потужностей індукторів калібру до 0,870,93, заходу до 0,750,82, витрат електричної енергії на 912%. За результатами комп’ютерного моделювання вперше запропоновано корекцію температурних завдань під час технологічних перерв, що дає змогу скоротити сумарну тривалість роботи індукторів в 1,21,4 рази, втрат в навколишнє середовище і споживання електричної енергії на 78%.