基于小型薄壁黄铜管端头高频感应加热感应器设计.pdfVIP

基于小型薄壁黄铜管端头高频感应加热的感应器 设计 熊禹，周强，周辉 中国农业大学工学院，北京（100083 ） E-mail: cloris1225@ 摘 要：在新型健康环保的铜材供水系统中，为了节约铜材料，实现薄壁黄铜接头管两端向 内挤压增厚，需要对黄铜管两端加热到成型温度。本文拟采用对黄铜管两端进行局部高频电 磁感应加热的方法使之达到挤压加工所需温度。对加热感应器进行了设计计算，并对结果进 行了基于ANSYS 的模拟仿真。仿真结果与预期的加热要求符合。 关键词：薄壁黄铜管，高频，感应加热，感应器 1. 前言 由于铜有较好的机械性和良好的延展性，耐腐蚀、抗压、防火和耐热，可回收循环使用 等优良的特性，同时铜管饮用水水质卫生，有益健康，铜管应用在给水系统上有深远的意义。 现今国内市场上所用供水铜管壁厚大都在 1~2mm 以上。近年来，国际国内市场铜价格持续 高居不下，但铜材在国内建筑行业的应用需求量越来越大。在这种严峻的形式之下，许多企 业为了求生存发展，不得不把提高工艺水平，节省铜材料提上议程。特别是对于铜材料具有 巨大优势的建筑供水系统中，如何能实现尽可能的节省铜，减少浪费，对于企业显得尤为重 要。 本文所论述的对象是对给水系统中接头部分的小型薄壁黄铜管的两端加热加热器的设 计。铜管压力承受范围内所要求的壁很薄，但为了实现与其它管件的螺纹连接，在两端要进 行增厚，以满足所需的强度。两端增厚采用加热挤压的模式。其中，如何将两端在短时间内 加热到热成型的温度，是本文讨论的内容。 2 ．加热感应器设计 2.1 研究对象分析，加热频率选择 铜管为H62 黄铜管，加工前的铜管尺寸: 外径D φ20.6 ±0.1mm ，壁厚δ 0.8mm ， 加工后的尺寸: 外径D φ20.6 =±0.1mm ，壁厚δ 1.5mm ，所需的加工段长度为 3 H=25mm ，一端的加热段体积为1.244cm ，被加热部分的质量为 （黄 铜的密度为8.9g/cm3 ）。 图2-1 加工前的铜管尺寸 - 1 - 图2-2 加工后的铜管尺寸 被加热铜管有以下主要特征：（1）铜管体小，壁很薄。 （2 ）需要局部加热且加热段短。 （3 ）铜的导热性好：要求加热时间极短，极短时间内加热段局部升温达700℃以上，而中 心部位温度远低于加热段。 要达到以上这些特征，一般加热方式不可能，而要采用电磁感应的加热方式。在感应加 热中，由于交流电流集肤效应的影响，感应涡流主要集中在导体的表面。如公式所示： （--导体电阻率，Ω.cm， ―黄铜相对导磁率µ = １；-- 电流频率，Hz ） r 频率越高，电流透入深度越小，加热厚度越薄，集肤效应越明显。 根据此处铜管的特征，最适于高频电磁加热。一般来说，只要所需加热深度 满足： ，所选频率就是满足要求的。由于铜管壁极薄，δ 0.8mm ，所需透热厚度小。再 根据铜管感应加热的一般经验，选取频率f 50KHz 代入上述公式，得到 （700 0C 时铜的电阻率 ）。显然，加热深度满足要求。设加热时间为 5s，则所需的有效功率为812w。 2.2 外形尺寸设计： ， 尺寸确定 2.2.1 加热炉要达到的目的 对被加热铜管段保温，而感应线圈要利于散热,降低线圈的温度。