Для поверхностного нагрева мощность генератора (Nr кВт) может быть оценена по формуле:
|
где N0 – удельная мощность, кВт/см2. Определяется в зависимости от требуемой глубины прогрева, частоты тока, размера детали и времени нагрева. Соответствующие данные представлены на рисунке 5.1 и в таблице 5.1.
S – площадь нагреваемой поверхности изделия, см8;
- соответственно К.П.Д. индуктора, закалочного трансформатора, конденсаторной батареи и линии электропередачи (силовых кабелей и токопроводов установки).
Для предварительных расчетов рекомендуется принимать следующие значения К.П.Д.:
|
ηи = 0,75; ηтр = 0,85; ηк = 0,97; ηл = 0,95
Точные значения определяются расчетом.
Для сквозного индукционного нагрева (в случае объемно поверхностной закалки некоторых деталей) мощность (кВт) генератора средней частоты может быть оценена по формуле:
| |||
где Сср – средняя интегральная удельная теплоемкость нагреваемого металла в интервале температур от t0 до tк кДж/(кг·К) (для стали 0,7 кДж/(кг·К);
tQ, tк – начальная и конечная температура нагрева, °С;
m – масса детали или заготовки, кг;
τн – время нагрева, с;
n – количество одновременно нагреваемых в индукторе деталей или заготовок;
Nпол – полезная мощность, которую требуется передать в изделие для нагрева его до заданной температуры, кВт;
η – общий К.П.Д. нагревательного устройства: η = ~0,5-0,6.
Рисунок 5.1 Графики для ориентировочного выбора удельной мощности и времени нагрева в зависимости от необходимой глубины нагрева и температуры поверхности tп стали (Ф. Райнке)
а – частота тока 10 кГц;
б – частота тока 4 кГц
Таблица 5.1 - Удельная мощность, необходимая для осуществления поверхностной закалки
Частота, кГц | Диапазон глубин закалки, мм | Удельная мощность кВт/см2 | |
возможная | оптимальная | ||
0,4—1,1 | 0,70—1,1 | 0,90 | |
1,1—2,2 | 0,30-0,70 | 0,50 | |
1,5—2,3 | 0,70—1,5 | 1,0 | |
2,3—3,0 | 0,50—1,4 | 180 | |
3,0—4,0 | 0,50-1,3 | 1,0 | |
5,0—7,0 | 0,50—1,1 | 1,0 | |
7,0-9,0 | 0,50—1,1 | 1.0 |
При длительном нагреве с малой удельной мощностью в открытых (без футеровки) индукторах необходимо учитывать потери на излучение от нагретой поверхности металла в окружающую среду. Для стали, нагретой до 850°С, эти потери составляют около 8Вт/см2, при более высокой температуре они существенно возрастают и при 1000оС составляют приблизительно 12Вт/см2.
Для оценки мощности, потребляемой установкой из сети, нужно учесть К.П.Д, преобразователей частоты, значения которого для ориентировочных расчетов могут быть приняты 0,5; 0,7 и 0,9 соответственно для ламповых (70-500кГц), машинных (1-10кГц) и тиристорных преобразователей частоты.