Системы охлаждения воздушные, жидкостные и комбинированные

Системы охлаждения воздушные, жидкостные и комбинированные

Важным элементом в данной промышленности является система охлаждения. На сегодняшний день, они используются в тиристорных преобразователях частот, индукционных плавильных печах, мощных индукторах и установках ТВЧ. Современная металлургическая промышленность не стоит на месте.

ООО ПП «Термолит Плюс» совершенствует системы охлаждения, не отставая от современных инновационных решений.

Машиностроение и металлургическое производство сложно представить себе без оборотных систем охлаждения, функциональное предназначение которых весьма значительно – поддержание нужного температурного режима оборудования. Эффективные системы охлаждения, позволяют предохранять установки от прогара, обеспечивая поддержание надлежащей температуры элементов, не допуская разрушения и износа материалов. Параллельно повышается стойкость футеровки и обеспечивается постоянное функционирование оборудования.

Типы систем охлаждения

Для охлаждения теплонагруженых элементов плавильной печи, различных индукционных установок и другого типа машин и станков, используются три типа охлаждения:

• жидкостное – способ охлаждения обычной проточной, (зачастую технической) водой;
• воздушное – охлаждение испарительное (по принципу естественной и принудительной циркуляции);
• комбинированное – совмещённая жидкостная и воздушная

Преимущества и недостатки разных типов систем охлаждения

Тип охлаждение технический, с помощью проточной воды осуществляется путем беспрерывного потока, объем которого должен обеспечить отсутствие накипи. Преимущество этой самой распространенной системы, является её доступностью по стоимости. Недостатки этой системы; образование накипи, поскольку открытый поток воды технического типа содержит частицы солей, которые во время нагрева оседают на стенках, которые в свою очедеь мешают отводу от тепла и потери охлаждающей жидкости за счёт испарения.

Воздушное охлаждение в последнее время широко внедряется в металлургической и машиностроительной промышленности. В данной системе охлаждения тепло от нагретых элементов отводится жидкостью, и подаётся в теплообменник (градирню закрытого типа), в дальнейшем тепло уносится принудительно подаваемым потоком воздуха. Другими словами тепло, отбираемое охлаждающей водой, утилизируется воздухом. Преимуществом является полностью замкнутый оборотный контур и сравнительно не высокая цена, отсутствие накопительной ёмкости.

Комбинированная система охлаждения подразумевает использование оборотную охлаждающую жидкость, которая проходя через воздушный конденсатор или чиллер охлаждается. Преимущество таких систем малая занимаемая площадь, мобильность монтажа и возможность переноса системы при необходимости, отсутствие накопительной ёмкости. Недостатки таких систем высокая стоимость оборудования.

Системы охлаждения от проверенных партнеров

ООО «Термолит Плюс» занимается проектированием, созданием и внедрением новейших систем охлаждения, соответствующих всем современным требованиям безопасности. Мы изготавливаем оборудование, успешно охлаждающее следующее оборудование:

• плавильные печи
• конденсаторные батареи;
• нагревательные и закалочные установки;
• тиристорные и электромашинные преобразователи частоты;
• трансформаторы и высокочастотные транзисторные генераторы.

Дополнительно создаем холодильное оборудование и водяные установки для ТПЧ. Работаем по всей территории России и Украины, а также со странами СНГ и Европы. Оперативная доставка готовой продукции в любой регион в кратчайшие сроки.

Проблема накипи в установках и способы борьбы с ней

Накипь — это соли жесткости растворенные в воде. Только в дистиллированной или умягченной воде нет солей жесткости и, соответственно, нет накипи. Накипь образуется при любой температуре воды, но, чем выше температура, тем интенсивнее происходит ее образование. Например: проблема накипи часто возникает в бытовом использовании душа, где температура редко превышает 35-40°С. При этом, накипь часто забивает лейку и выводит душ из строя.

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности меди и алюминия. Поэтому, даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к моментальному перегреву электроники ТВЧ установок.

Слой в 3 мм на стенках радиатора или теплообменника не пропускает до 25% тепловой энергии и если наросло 15 мм, то теряется уже 70% теплоотвода. Отложения толщиной 10 мм образуются менее чем за один год использования оборудования.

Отложения толщиной 10 мм образуются менее чем за один год использования оборудования!

В промышленности накипь образуется в теплообменниках, радиаторах, котлах и системах водяного охлаждения и нагрева.

В индукционном нагреве исторически сложилось использование системы водяного охлаждения из-за наличия больших токов 1000А-5000А, неэффективных ключевых элементов (вакуумные лампы и тиристоры) и неэффективных систем управления ключами.

В индукционных установках обычно охлаждают водой: индуктор, шины, силовые ключи, ВЧ конденсаторы, ВЧ трансформаторы.

Чаще всего забиваются накипью радиатор или трубки охлаждения тиристоров или транзисторов и тоненькие трубки ВЧ трансформатора. Ремонт ВЧ трансформатора является одним из самых дорогостоящих в обслуживании ТВЧ установок. Хотя замена транзисторов или тиристоров также существенно увеличит ваш бюджет на обслуживание индукционного оборудования.

И если с охлаждением водой индуктора и шин ничего не сделать, то с неэффективными силовыми ключами и системой управления уже реализованы работающие решения. Но о них мы напишем чуть позже. Сейчас же опишем как бороться с накипью и принимать превентивные меры для предупреждения поломок.

Как бороться с накипью и принимать превентивные меры для предупреждения поломок

Чтобы избежать образования накипи в индукционных установках с водяным охлаждением, необходимо использовать дистиллированную или умягченную воду для охлаждения электроники, конденсаторов и ВЧ трансформаторов, а также осуществлять постоянный контроль за концентрацией растворенных солей в системе охлаждения. Дополнительно, желательно следить, чтобы температура охлаждаемой воды была минимальная и не превышала 25-30°С.

Все это можно обеспечить с помощью современных компрессорных систем охлаждения – чиллеров. Чиллер работает на основе принудительно испаряющегося и конденсирующегося фреона, при этом интенсивно охлаждая воду. Бак чиллера, емкостью обычно не более 100-200 литров, позволит использовать дистиллированную воду и менять ее с нужной периодичностью. При этом у чиллера, конечно, есть и недостатки, главный из которых — это высокая цена. Например, для охлаждения индукционной установки 80кВт, требуется чиллер с холодопроизводительностью – 20кВт. Цена такого чиллера составляет 400-500 тыс. рублей.

Что делать если денег на чиллер нет и не удается использовать умягченную или дистиллированную воду? Тогда потребуется постоянное обслуживание систем охлаждения ТВЧ установки – промывка чистящими растворами. Необходимо изготовить систему для промывки с небольшим баком 20-30л и насосом, называемую бустер. В бак залить чистящее средство, растворенное в воде. Такую систему на 7-8 часов необходимо подключить к ТВЧ оборудованию. Желательно использовать неагрессивные растворы, например, раствор лимонной кислоты в воде, или специальные готовые растворы. Бустер хорошо удаляет основные отложения накипи: соли магния, соли кальция и трехвалентное железо.

В 90% случаев причина выхода из строя индукционного оборудования – накипь!

Компания ИнтерСЭЛТ разработала свое эффективное решение. В качестве силовых ключей мы используем IGBT транзисторы в отличие от неэффективных тиристоров. Однако, простое использование IGBT транзисторов еще не позволяет разработчикам индукционного оборудования сразу же отказаться от водяного охлаждения. При классической схеме управления транзисторами – ШИМ, транзисторы все равно переключаются при ненулевом токе и напряжении и сильно нагреваются. Поэтому многие производители транзисторного оборудования продолжают использовать водяное охлаждение в своих установках индукционного нагрева.

Мы разработали и запатентовали (патент № 2289195) эффективный способ управления транзисторами IGBT. Переключение происходит в момент перехода тока и напряжения через ноль – ZVS, ZCS метод. Транзисторы практически не нагреваются, производительность индукционных установок растет, а вся энергия направлена на нагрев заготовки, а не на нагрев воды.

Установки индукционного нагрева

Индукционные установки или ТВЧ установки индукционного нагрева состоят из источника питания — преобразователя частоты с согласующим устройством и индуктора .

Для реализации определенного технологического процесса индукционные установки ТВЧ дополнительно снабжаются приводом, автоматикой и системой охлаждения.

ТВЧ установки индукционного нагрева ООО «ИНТЕРМ» комплектуются источниками питания собственного производства – индукционными высокочастотными транзисторными генераторами ТВЧ серии ТГИ и блоками согласования БС. Индукторы, привод, автоматика и системы охлаждения проектируются и изготавливаются в кратчайшие сроки в соответствие с требованиями ТЗ на базе типовых разработок ООО «ИНТЕРМ».

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТГИ

Транзисторные генераторы ТГИ серийно выпускаются ООО «ИНТЕРМ» для питания индукционных установок мощностью до 160 кВт и выше в частотном диапазоне от 10 до 500 кГц.

• Высокий КПД – 96%
• Низкий расход охлаждающей воды – 0.1 л/мин на 1кВт
• Импульсные режимы
• Высокий уровень автоматизации, дружественный интерфейс
• Контроль и регулирование температуры нагрева
• Протоколирование процессов нагрева
• Защита и диагностика по многим параметрам

Номенклатура и общие технические характеристики выпускаемой ООО «ИНТЕРМ» серии транзисторных генераторов ТГИ приведены в разделе «ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ»

ИНДУКТОРЫ

Индукторы предназначены для формирования переменного магнитного поля, передающего энергию в металл для нагрева.

Конструкция индуктора определяется требованиями к локализации и интенсивности нагрева конкретной детали, поэтому для каждой нагреваемой детали должен быть сконструирован оптимальный индуктор.

Для нагрева цилиндров, внутренних поверхностей цилиндрических отверстий, плоскостей, сложных поверхностей, например, зуба или впадины между зубьями шестерни, проектируются водоохлаждаемые индукторы из медной трубки, в конструкции которых при необходимости используется магнитопровод и спрейер.

Для крупногабаритных деталей изготавливаются гибкие индукторы из провода или медной ленты.

ООО «ИНТЕРМ» выполняет расчет, проектирование и изготовление индукторов для нагрева деталей в различных технологических процессах. Изготовленный индуктор испытывается на образце детали на соответствие параметров нагрева техническому заданию, измеряются параметры эквивалентной схемы индуктора и диапазон их изменения в ходе нагрева детали. Эти данные используются для определения оптимальных параметров блока согласования – коэффициента трансформации согласующего трансформатора и емкости компенсирующего конденсатора.

Примеры индукторов, разработанных ООО «ИНТЕРМ» с использованием расчетных и экспериментальных методик, измеренные параметры индукторов и диапазоны их изменения в процессе нагрева приведены в разделе «ИНДУКТОРЫ»

БЛОКИ СОГЛАСОВАНИЯ

Индукторы разнообразны и имеют уникальные параметры, так как проектируются под конкретную деталь и технологический процесс. Для согласования серийного источника питания с конкретным индуктором используется согласующее устройство, включающее в свой состав высокочастотный согласующий трансформатор и конденсатор, компенсирующий реактивную мощность индуктора. Коэффициент трансформации и емкость конденсатора должны быть подобраны так, чтобы данный индуктор был оптимально согласован с генератором, т.е. в деталь передавалась номинальная мощность в частотном диапазоне работы источника питания.

Типовые конструктивные решения наших блоков согласования позволяют в короткие сроки изготавливать блоки с нужными параметрами путем прототипирования.

Дополнительные возможности по согласованию дают предусмотренные переключения коэффициента трансформации или емкости конденсатора.

В разделе «БЛОКИ СОГЛАСОВАНИЯ» приводятся схемы согласования и методика определения их оптимальных параметров исходя из диапазона изменения параметров индукторов в процессе нагрева.

БАЗОВЫЙ КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ

Установки индукционного нагрева ТВЧ компании ООО»ИНТЕРМ» в базовом своем исполнении имеют следующий состав:

• Генератор ТГИ
• Блок согласования БС
• Индуктор
• Эксплуатационная документация

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

• Внешний датчик для контроля температуры:
  • термопара (ХА) К-типа с нормирующим усилителем УСТ-К-1 ;
  • инфракрасный пирометр (Lumasense technologies, Raytek GmbH, Mikron, Optris);

  Индукционная печь (Оборудование ТВЧ)

  В современном мире индукционную установку принято так же называть установка ТВЧ или индукционная печь, печь ТВЧ, встречается так же название — закалочный комплекс, обрудование ТВЧ или индукционный нагреватель. Существует так же еще много других, разных наименований, однако все эти индукционные печи или установки по факту являются одним и тем же этектротехническим изделием. Каждая индукционная печь состоит из транзисторного преобразователя частоты, который работает в определенном частотном диапазоне, согласующего устройства и индуктора. Согласующее устройство, которое чаще всего является трансформатором, может быть уже встроено в преобразователь, либо может быть выполнено в отдельном корпусе.

  Все оборудование ТВЧ — индукционные печи (установки ТВЧ) компании Интерм могут выполнять технологические процессы связанные с индукционным нагревом.

  Купить ТВЧ оборудование

  ООО «ИНТЕРМ» является компанией-производителем уникального индукционного оборудования.

  Вопросы водоподготовки

  Технология индукционного нагрева интересна тем, что способно сконцентрировать высокую мощность (выделение энергии) в небольшом объеме. Однако, всякая концентрация требует усиленной утилизации тепла. По этому практически все установки индукционного нагрева, несмотря на высокий КПД имеют водяное охлаждение, так как вода имеет высокую теплоемкость и низкую стоимость.

  Качество воды

  Установки индукционного нагрева производимые компанией Амбит не требуют специальной, дистиллированной воды, так как вода не взаимодействует непосредственно с силовыми элементами, а минимальный внутренний диаметр трубок используемых при производстве не менее 9мм.

  Достаточно использовать обычную водопроводную воду.

  Нагрев воды не превышает 70°С поэтому не возникает накипи внутри системы охлаждения оборудования.

  Не рекомендуется

  Не рекомендуется применять ржавую воду так как ржавчина со временем создает проводящий слой в рукавах.

  Так как системы водоподготовки довольно громоздки, часто дорогостоящие. Наши клиенты решают задачу водоподготовки самостоятельно. Это возможно с использованием распространенных узлов, бак, насос, трубы, радиатор, вентелятор, чиллер, градирня.

  Расчет отводимой мощности

  Тепловые потери при индукционном нагреве (те которые следует утилизировать) складываются из следующих потерь:

  1. Потри в преобразователе частоты ориентировочно 2% от мощности нагрева.
  2. Потери в трансформаторе.
  3. Потери в индукторе электрические.
  4. Поглощение индуктором тепловой энергии от нагреваемого тела.

  Максимальные потри в преобразователе частоты можно упрощенно принять 2% от максимальной установленной мощности, таким образом для IHM 30-8-50 они составят 30000Вт*0,02=600Вт.

  Потри в трансформаторе и в индукторе сильно зависят от частоты и тока развиваемого в индукторе, чаще всего от 10% максимальной установленной мощности. Ориентировочно определить потери можно включив установку с пустым индуктором, установив регулятором максимальную мощность, та выходная мощность которую покажет установка и будет мощностью потерь в трансформаторе и индукторе. При просмотре видео фильмов работы оборудования видна мощность нагрева с пустым (без детали) индуктора, это и есть потри в индукторе и трансформаторе. Для IHM 30-8-50 примим данные потри 3кВт.

  Для минимизации поглощения тепловой энергии от нагреваемого тела индуктор следует теплоизолировать, в связи с тем, что расчет крайне сложен, данные потери не рассматриваются.

  Часто оборудование работает в прерывистом режиме, например при пайки резцов оператор устанавливает резец в течении 15сек, нажимает педаль включения нагрева паяет резец 20сек, выключает нагрев и убирает резец в песок еще 5 секунд, таким образом оборудование работает всего 20сек из цикла 40сек, ПВ 50%, следовательно получившиеся потери необходимо умножить на 0,5.

  В результате получаем (3кВт+0,6кВт) *0,5= 1,8кВт, эта мощность будет нагревать воду в системе охлаждения.

  Расчет температуры нагрева воды

  Предположим, что для охлаждения установки индукционного нагрева применяется вода из теплоизолированной емкости объемом 100литров, с начальной температурой 20°С.

  Определить на сколько нагреется вода можно пользуясь стандартными физическими формулами расчета мощности как скорости изменения энергии, c=Q/(m ΔT), где с — удельная теплоёмкость воды, равна 4183 Дж•кг−1•K−1;Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве, Дж; m — масса воды, кг; ΔT — разность конечной и начальной температур воды.

  При этом Q=P*t, где t время нагрева, сек.

  Таким образом, в течении часа при воздействии мощности P, вода в объеме 100 литров нагреется на температуру:

  При начальной температуре 20°С, через 1 час работы вода будет 35°С, при этом для установки IHM 30-8-50 допустима температура 40°С.

  Если масса воды будет 1000кг (1м 3 ) вода нагреется, за час работы на 1,55°С.

  Охлаждение воды

  При организации замкнутого контура водоохлаждения тепловую энергию, получаемую при охлаждении установки индукционного нагрева, необходимо утилизировать (для поддерживания температуры необходимой температуры охлаждающей жидкости). Проще всего передать тепловую энергию окружающей среде, в воздух.

  В редких случая достаточно изготовить большую стальную емкость, при этом передача тепловой энергии будет производится через стенки этой емкости.

  Для усиления эффекта можно в линию возврата нагретой воды поставить радиатор с принудительным охлаждением, мощность теплового рассеивания для этих устройств указываются в паспортных данных.

  Рис. — Схема охлаждения ТВЧ установки, с использованием теплообменника

  

  Рис. — Пример теплообменника для установки индукционного нагрева, ТВЧ установки

  

  Рис. — Станция водоохлаждения СВО 2,5 компании Амбит

  При высокоинтенсивных потерях необходимо применять градирни либо чиллеры, мощность теплового рассеивания для этих устройств указываются в паспортных данных.

  Градирни значительно дешевле чиллеров, однако при использовании градирни происходит потеря воды, необходима подпитка.

  Рис. — Схема охлаждения ТВЧ установки, с использованием градирни

  Подача воды

  Подачу воды в установку индукционного нагрева следует осуществлять насосом создающим давление до 6атм, рекомендуем поверхностный центробежный насос мощностью от 370 до 550Вт.

  

  Рис. — Внешний вид рекомендуемых насосов

  Забор воды из емкости производить на высоте 20-30см от дна, для исключения попадания сора.

  В линию подачи воды рекомендуем поставить фильтр грубой очистки, что позволит исключить засор системы охлаждения ТВЧ установки типа IHM и индукторов.

  

  Рис. — Пример фильтра грубой очистки для применения в системе охлаждения установки индукционного нагрва, ТВЧ установки

  АМБИТ – НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ

  Компания «Амбит» создана для разработки оборудования с использованием технологии индукционного нагрева.

  Специалисты компании имеют обширный опыт в разработке силовой электроники, автоматизации промышленных предприятий, механизации технологических процессов.

  Мы рады предложить высокотехнологичное, качественное оборудование по конкурентным ценам, мощностью от 12 до 600кВт. Готовы разработать оборудование по Вашему техническому заданию.

  Мы выпускаем установки индукционного нагрева с различными способами охлаждения:

  • с водяным охлаждением (применяются для ТВЧ пайки, ТВЧ закалки, нагрева перед ковкой, штамповкой);
  • с воздушным охлаждением (применяются для нагрева перед съемом посадкой сопряженных деталей, термообработкой сварных швов трубопровода, подогрева емкостей, трубопроводов)

  Индукционный нагреватель
  Установки индукционного нагрева комплектуются трансформаторно-согласовывающими устройствами позволяющими:

  • подключать многовитковые индукторы, для нагрева перед ковкой и штамповкой;
  • подключать одновитковые индукторы для пайки, поверхностной закалки, сканирующей закалки;
  • подключать индукторы воздушного охлаждения.

  Установки индукционного нагрева комплектуются различными пультами управления, что позволяет подобрать необходимое количество функций для построения технологии нагрева и не переплачивать. Пульт управления может быть встроен в установку или удален от нее на необходимое расстояние. Реализована возможность подключения пульта внешнего управления, SCAD системы.

  На базе установок индукционного нагрева серии IHM (ТВЧ установок) нами производятся специализированные комплексные решения:

  1. Рабочее место для пайки резцов, состоит из ТВЧ установки мощностью 15-30кВт, специализированного индуктора и станции водоохлаждения.
  2. Устройство нагрева заклепок УНЗ 15/О, УНЗ 30/О, состоит из ТВЧ установки мощностью 15-30кВт, специализированного индуктора и станции водоохлаждения.
  3. Кузнечный индукционный нагреватель, состоит из установки индукционного нагрева мощностью от 50 до 300кВт, и механизма подачи заготовок в индуктор. Предназначен для нагрева мерных заготовок перед пластической деформацией, ковкой штамповкой.
  4. Станки закалочные, состоящие из установки индукционного нагрева мощностью от 50 до 300кВт, механизма подачи, системы спрейерирования. Предназначены для закалки тел вращения длинной до 3-х метров, шестерен.
  5. Рабочее место для проведения операций сборки разъединения сопряженных деталей, с возможностью подключения до 8-ми индукторов. Состоит из ТВЧ установки мощностью 25кВт, комплекта индукторов.
  6. Комплексы для термообработки сварных швов трубопроводов, подогрева перед сваркой.
  7. Комплексы для подогрева нефтепродуктов в технологических линий.

  Наше оборудование можно встретить на предприятиях России, стран СНГ, Латинской Америке, а также в США и странах ЕС.

  ТВЧ УСТАНОВКИ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА | ТВЧ СТАНКИ | ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ | ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ | УСТАНОВКА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТЕШЛАМА

  голоса

  Рейтинг статьи