影響推制彎頭中頻加熱裝置冷卻系統(tǒng)的因素

王永峰　馬季

摘 要：文章介紹了推制彎頭中頻感應(yīng)加熱裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)及影響中頻加熱裝置冷卻系統(tǒng)的因素，控制冷卻水的質(zhì)量，有效的維護(hù)和保養(yǎng)，可以提高感應(yīng)加熱設(shè)備的可靠性、安全性、耐久性。

關(guān)鍵詞：中頻感應(yīng)加熱原理；結(jié)構(gòu)；冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的正常工作是中頻加熱裝置穩(wěn)定工作的前提和保障，了解中頻加熱原理、結(jié)構(gòu)及影響中頻加熱裝置冷卻系統(tǒng)的主要因素，對中頻加熱裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

一、中頻加熱裝置的工作原理

電磁感應(yīng)定律：當(dāng)穿過任何閉合回路的磁通量隨時間改變時，回路上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e，其表達(dá)式為：e=-dφ/dt，式中的dφ/dt為閉合回路的磁通變化率，負(fù)號表示新的感應(yīng)電動勢的作用是阻止該磁通量發(fā)生變化。焦耳楞次定律表達(dá)式為：Q=I2RT，式中Q表示當(dāng)電流流過具有電阻R的回路時，由零到t時間內(nèi)，電阻所消耗的功率轉(zhuǎn)變成的熱量；I表示流過電阻R的電流；R表示回路電阻；t表示電流過導(dǎo)體的時間；

當(dāng)把一塊導(dǎo)電金屬放在通入交變電流的線圈內(nèi)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，金屬內(nèi)會有電流產(chǎn)生，這種電流叫做感應(yīng)電流或渦流，線圈叫做感應(yīng)線圈或感應(yīng)器。渦流產(chǎn)生的磁通量，總是力圖阻止線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，施于線圈的交變電流不停止，金屬內(nèi)的渦流也不會停止，根據(jù)焦耳楞次定律，渦流在具有一定電阻的金屬內(nèi)流動就會產(chǎn)生熱量，從而使金屬被加熱甚至融化。

二、推制彎頭中頻感應(yīng)加熱裝置結(jié)構(gòu)

中頻感應(yīng)加熱裝置主要由中頻感應(yīng)線圈、中頻電源、中頻變壓器、冷卻系統(tǒng)組成。

感應(yīng)線圈由空心銅管繞成，銅管內(nèi)循環(huán)冷卻水，感應(yīng)線圈中通入一定頻率的交流電以產(chǎn)生交變磁場，料坯內(nèi)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流。

中頻電源采用三相橋式全控整流電路，先由可控硅將三相工頻交流電整流為直流電，經(jīng)電抗器平波，成為恒定直流電，再經(jīng)晶閘管組成的單向逆變橋，把直流電逆變成一定頻率的單相中頻交流電。負(fù)載由感應(yīng)線圈和補(bǔ)償電容器組成，連接成并聯(lián)諧振電路。

彎頭推至過程中通過電位器調(diào)節(jié)輸出功率進(jìn)而控制料坯溫度，避免過低或者過高。

冷卻系統(tǒng)采用組合式散熱，水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)并冷卻，以降低電器元件及負(fù)載工作時產(chǎn)生的熱量。

三、影響中頻加熱裝置冷卻系統(tǒng)的主要因素

1.水質(zhì)對冷卻系統(tǒng)的影響

冷卻系統(tǒng)用水應(yīng)進(jìn)行軟化處理，硬度應(yīng)小于10度（每度為1L水中含10mg氯化鈣），電阻在20kΩ以上，酸堿度PH值在6～9范圍內(nèi)，固體含量不超過250mg/L。實(shí)際使用中感應(yīng)裝置冷卻系統(tǒng)使用的冷卻水大都是地表水如井水或自來水，不通過任何處理，其PH值、硬度、導(dǎo)電率、懸浮物及雜志等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，很容易產(chǎn)生絮狀物和水垢，絮狀物阻礙冷卻水循環(huán)，水垢粘附在空心銅管內(nèi)表面，降低散熱效果，影響設(shè)備的正常使用導(dǎo)致元器件損壞，導(dǎo)致設(shè)備的使用效率降低、非計(jì)劃性停產(chǎn)和縮短設(shè)備的使用壽命等問題?？梢圆捎没瘜W(xué)法、物理法對冷卻水進(jìn)行處理和提高冷卻水質(zhì)量，避免問題發(fā)生。

2.水壓對冷卻系統(tǒng)的影響

感應(yīng)加熱設(shè)備冷卻系統(tǒng)水壓規(guī)定為0.2-0.3MPa，但在實(shí)際使用過程中加載的水壓可能過高或者過低。水壓過高時容易造成爆管或滴漏，對設(shè)備的電路威脅最大，水壓過低時散熱效果差，容易造成元件的損壞。采用PLC和變頻器相結(jié)合的恒壓控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻水恒壓變頻循環(huán)，由于變頻器具有軟啟動功能，消除了啟動大電流對電網(wǎng)的沖擊。該系統(tǒng)不僅能保證水壓，而且節(jié)能效果顯著。

3.水溫對冷卻系統(tǒng)的影響

冷卻水的水溫要求在保持在+5℃～+35℃，水溫過低會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，水溫超過55℃則失去冷卻能力?？梢酝ㄟ^PLC控制的冷卻塔裝置將冷卻水控制在適宜溫度范圍，PLC控制的冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)，主要用到了PLC、觸摸屏和變頻器。冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)配備的變頻器，對一個風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，其余兩個風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行；根據(jù)出水溫度的變化來控制工頻運(yùn)行風(fēng)機(jī)的起動和停止，實(shí)現(xiàn)對水溫的初步調(diào)節(jié)，并對一個風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，對水溫進(jìn)行微調(diào)，從而使冷卻塔內(nèi)的水溫控制在一個穩(wěn)定的狀態(tài)。PLC控制的冷卻塔裝置，一方面可以節(jié)約用水，另一方面可以降低突然停水對設(shè)備運(yùn)行的影響。

4.其它因素對冷卻系統(tǒng)的影響

由于設(shè)備所處的環(huán)境比較惡劣，感應(yīng)加熱設(shè)備主機(jī)內(nèi)安有排風(fēng)扇，其工作時電源內(nèi)部會形成負(fù)壓，外面的粉塵、油煙、水蒸氣就會從縫隙中鉆入。這些物質(zhì)附著在電器元件、印制板、以及安裝導(dǎo)線表面上，一方面使元件散熱性差，另一方面器件的絕緣性會收到破壞，遇到高電壓會引發(fā)打火或拉弧，嚴(yán)重者甚至?xí)鹑紵?。定期進(jìn)行對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，可以有效的預(yù)防該問題發(fā)生。

四、結(jié)語

中頻加熱裝置冷卻系統(tǒng)由四部分組成：電纜冷卻、負(fù)載冷卻、電容冷卻、可控硅冷卻。冷卻系統(tǒng)的安全運(yùn)行是延長中頻加熱裝置使用壽命的前提和保障，合理的使用和定期對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)，可以降低中頻加熱裝置的維修率，提高設(shè)備完好率，為企業(yè)減輕設(shè)備維修負(fù)擔(dān)。

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作者簡介：王永峰（1986-），男，現(xiàn)工作于阜新華通管道有限公司，于2009年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)院，熱能與動力工程專業(yè)，助理工程師。

馬季（1987-），男，現(xiàn)工作于阜新華通管道有限公司，于2009年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，焊接技術(shù)及自動化專業(yè)，助理工程師。