10kV箱变改造为发电机转子护环感应加热电源的研究与应用

在某核电站汽轮发电机转子首次检修和绕组发生绝缘缺陷时,需要采用感应加热法拆除转子护环进行检查与处理。本文结合电站实际情况及护环拆装需求,经过分析与计算,按照最优的单绕组供电方案将工程建设期退役的10kV箱式变电站改造成拆装发电机转子护环所需的感应加热电源,并在两台百万千瓦级汽轮发电机的首次大修和转子绝缘缺陷处理中实现成功应用,有效保障了核电站发电机大修工期,节约了大修成本。

卧式反应釜电磁感应加热设计

针对大型反应釜的感应加热难以进行大量实验验证的问题,通过将理论计算与有限元仿真相结合的方式,对计算得出的参数进行优化,选择合适的输出功率和谐振频率,完成感应器的设计。通过仿真可以更好对比不同匝数、自热对流和搅拌轴对加热的影响,更直观地查看工件温度分布情况,缩小计算参数误差,实现反应釜加热的工艺要求。

感应加热卷烟烟具用电磁屏蔽材料

本研究采用COMSOL有限元软件仿真能量转换效率随屏蔽材料磁导率的变化规律,结果表明,当μ″=0时,μ'越大,能量转换效率越高;当μ″≠0,则存在μ'与μ″的最佳匹配值。根据仿真结果,选取合适的屏蔽材料,在感应加热卷烟烟具保持谐振状态,且发热体温度满足要求的基础上,采用功率分析仪测试烟具1个工作循环的能耗。测试结果表明:在240~320 kHz频率范围内,采用铁氧体材料,μ'越高,效果越优。当μ'为220时,可将1个工作循环能耗由978.14 J降至833.40 J,能量转转效率提升14.80%。采用纳米晶材料,当μ=2064-j349时,性能最优,1个工作循环能耗可降至811.30 J,能量转换效率提升17.06%,随μ'及μ″的进一步提高,能耗逐渐增大,此规律与仿真结果一致。因此,通过合理选择电磁屏蔽材料可提高感应加热卷烟烟具的能量转换效率。

碳纤维烘干容器的中频感应加热设计

在粘胶基碳纤维的脱胶回收过程中需要将碳纤维进行烘干加热并碾磨成粉,整个工作环境中会存在碳纤维粉尘,遇到明火容易产生爆炸,因此提出使用中频感应加热技术取代传统的明火加热对碳纤维进行烘干加热。首先计算310S不锈钢材质筒体容器加热时所需功率及电流等各项参数;根据计算所得数据选择使用COMSOL Multiphysics有限元软件对筒体容器进行加热仿真,验证将中频感应加热技术应用到粘胶基碳纤维脱胶加热工艺中的可行性与计算结果准确性;然后对电源内部谐振电容与变压器等元器件进行匹配;电源装配完成后结合实际应用进行验证。实验结果证明,中频感应加热技术可以满足对粘胶基碳纤维的烘干加热,且相较于传统加热方式,中频感应加热技术在碳纤维加热工艺中更加安全高效。

移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明:随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。

宽幅带材横磁感应加热技术的发展

根据感应器的形式及其激发的电磁场方向,感应加热可分为纵向磁通感应加热和横向磁通感应加热两种方式。在对比介绍横向磁通感应加热和纵向磁通感应加热各自概念和技术特点的基础上,着重评述了宽幅带材横磁感应加热技术发展的几个典型案例,并结合宝钢横磁感应加热的最新研究进展,探讨了横磁感应加热技术工业应用的若干关键问题。最后,通过历年相关专利和论文数量的统计分析,展望了横磁感应加热技术的发展趋势和应用前景。

感应加热中间包钢液氢含量控制

重轨钢氢含量是影响质量的关键因素之一。包钢感应加热中间包运行初期,重轨钢等钢种常常出现首炉氢超标的现象。基于此,本文详细分析了感应加热中间包钢液氢含量超标的主要原因,并对中间包材料、耐火材料和连铸工艺进行了优化改造。研究发现,中间包感应加热上线后,预制件数量较多,常规烘烤方式很难实现有效烘烤,这是导致包钢钢液氢含量偏高的主要原因;通过改进耐火材料材质,使用PVC管替代铁皮作为通道模具,利用下线铸坯和中间包的余热以及外置烧嘴对流钢通道预烘烤,烘烤时添加烘烤喷嘴,同时提前对预制件进行烘烤、浇注前氩气置换以及浇注工艺优化等方式,有效实现了浇次首炉氢含量低于2 ppm的目标。中包感应加热运行后生产了154个浇次不同钢种,氢含量全部满足目标要求,同时碳偏析指数平均降低了0.013,提高质量的同时获得了显著的经济效益。

横向感应加热装置功率因数的研究与优化

横向磁通感应加热技术因其连续加热金属薄板带材的优异性能一直是近年来研究的焦点。为了满足节能环保要求,提高加热系统的功率因数可加强系统能源的利用率同时降低设备的成本。基于对45钢薄带加热需求设计了横向感应加热装置,采用有限元数值模拟的方法研究结构参数与电激励参数对横向感应加热系统功率因数的影响,并结合各参数对加热系统功率因数的影响规律对加热模型进行优化。结果表明,优化后模型与初始模型相比,系统的功率因数上升0.048,相对不均匀度下降5.15℃。优化后的模型有效地提高了系统的功率因数,并改善了带材的温度均匀性。

电磁感应加热装置中磁-热-流耦合特性分析

采用磁热流多元物理场耦合仿真的方法,研究感应加热系统中的不同线圈结构、激励条件下壁面欧姆损失、温度特征值、磁场强度等多物理场相关的特征值,由结果可知:线圈结构以及激励条件会对磁场及温度场产生不同程度的影响,壁面的欧姆损失与电流幅值、电流频率、线圈匝数呈正相关,与线圈与管道中心的距离呈负相关;随着电流幅值从100 A升高至180 A,壁面加热功率从167 W提升至3223 W,出口平均温度从20.5℃提升至28.6℃;管壁内的电流密度以及磁通密度会随着线圈内电流频率的增加而更加集中于管壁薄层内;随着线圈频率从0.05 kHz提升至20 kHz,不锈钢表层内的最大电流密度将从1.29×10^(6)A/m^(2)升高至1.25×10^(8)A/m^(2);当电流频率为0.05 kHz时,最大磁通密度为0.5 T;当电流频率为20 kHz时,最大磁通密度为4.8 T。

基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计

对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题。该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布。采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析,选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数(RBF)神经网络预测模型。使用多岛遗传算法(MIGA)对筛选的结构参数进行优化,初步获得均匀的温度分布。最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法(RSM)优化电源参数,实现多目标优化设计。仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求。

感应加热电源的IGBT驱动保护系统设计

为提高感应加热电源的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)信号源与保护电路的稳定性,设计了应用于工业化低频大功率感应加热电源设备的IGBT驱动保护系统。系统整体采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)+数字信号处理(DSP)协同工作方案,由低频正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术控制,以脉冲变压器2ED300C17-S为IGBT保护电路的核心,设计了IGBT故障处理电路、退饱和检测电路与有源钳位电路等多种保护电路。对系统进行理论分析与Matlab/Simulink仿真,搭建了实物测试平台。试验结果表明,当工件加热到900℃时,逆变器输出功率参数与负载端功率参数达到大功率感应加热电源要求,且信号源输出稳定性高、保护电路响应时间快。该设计为相关工业化应用提供技术支持。

感应加热TA18钛合金热压缩本构方程及热加工图

以锻造TA18钛合金棒材为研究对象,利用Gleeble-3800型热模拟试验机模拟感应加热升温过程,在变形温度为820~900℃,应变速率为0.1~10 s^(-1),变形量为80%的条件下进行了热压缩试验,研究其高温力学行为。基于Arrhenius型本构方程和Z参数建立了TA18钛合金高温流变峰值应力模型,采用动态材料模型绘制热加工图,根据Prasad失稳判据构建了塑性失稳图。结果表明,应变速率一定时TA18钛合金流变应力随着变形温度升高而减小,变形温度一定时呈现出正应变速率敏感性;在应变速率≥1 s^(-1)条件下,TA18钛合金表现出动态再结晶行为;Arrhenius方程能较好地预测TA18钛合金在不同工艺参数下的峰值应力变化规律;在变形温度860~880℃、应变速率3~10s^(-1)区间内,TA18钛合金具有较好的热加工性能。

面向带钢热镀锌感应加热的改进贝叶斯温度预测算法

出锌锅后的带钢需通过合金化炉进行感应加热以保证镀层合金化过程顺利进行和获得优良的镀层质量,出感应加热炉的带钢目标温度预报研究对热镀锌带钢镀层质量在线控制具有重要意义。针对生产中带钢感应加热(Induction Heating,IH)目标温度确定靠经验公式和人工在线调整,计算精度低、人工干预量大等问题,提出了一种结合贝叶斯参数调优和梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)算法的带钢热镀锌感应加热目标温度预测建模方法。对多维度和多钢种热镀锌带钢感应加热工艺大数据集,借助冶金机理和皮尔逊相关系数,筛选了与预测模型相关的特征;采用贝叶斯优化中的树状帕森估计(Tree-structured Parzen Estimator,TPE)对六种机器学习算法调参后,发现只有GBDT模型和K近邻(KNearest Neighbor,KNN)模型达到工厂生产要求;对GBDT预测模型超参数采用TPE算法、差分进化算法、随机搜索优化以及网格搜索优化四种调参方法进行调优,调优结果比较表明TPE的调参模型精度与网格搜索的模型精度相当,高于随机搜索的调参模型;TPE的调参时间与随机搜索调参时间接近,比网格搜索调参时间大大缩短;TPE算法相对于差分进化算法调优效率更高。利用优化的超参数建立GBDT模型和KNN模型,两种模型比较表明,GBDT模型训练时间短,精度高,生产预报绝对误差在±20℃以内的命中率达到了97.56%,符合生产要求,TPE和GBDT结合是建立热镀锌感应加热目标温度预测模型的最佳策略。

纤维排布对CFRP感应加热固化成型过程影响表征

在采用电磁感应加热方式实现碳纤维复合材料(CFRP)加热固化成型的过程中,如何准确表征材料各组成部分的属性参数状态对研究材料加热过程中温度、固化度及应力场分布至关重要。根据纤维实际铺层方式对材料各组成部分进行独立表征,以及碳纤维壳体的等效电-磁-热特性建立了CFRP感应加热有限元细观分析模型,将纤维织构和树脂基体单独建立,实现CFRP在感应加热过程中其内部纤维织构中物理场的变化规律以及对材料整体升温变化规律进行系统分析。通过该模型计算了材料温度、固化度及应力场分布的变化规律,揭示了碳纤维排布对材料感应加热效果的影响,并根据感应加热实验验证了该模型可以准确表征各物理场的分布状态。为研究CFRP在感应加热中各物理场变化规律提供了有效的计算模型和分析方法。

大口径焊管中频感应加热设备数据采集系统的开发

随着用户及企业本身对产品质量的追求,其对产品过程控制越发关注,从而对设备控制参数提出了更高的要求。基于宝钢大口径焊管防腐涂层产线,介绍目前中频感应加热设备的现状和存在的问题,提出了对中频电源控制柜进行局部改造。对直流电流、直流电压、中频功率、加热温度等参数和管端信号进行采集,并采用LabVIEW软件开发一套数据采集处理系统,可根据用户需求进行数据处理,提供便捷的数据处理功能,已应用于涂层线中频电源设备的自动控制、生产管理及数字化交付等方面,效果良好。

难变形合金用轧辊感应加热温度控制策略及温辊轧制实验

针对轧辊电磁感应加热温度控制方法展开研究,开发了轧辊温度控制策略,调控轧辊辊面工作区温度。通过DEFORM模拟轧辊感应加热过程辨识轧辊感应加热数学模型参数,结合自适应模糊PID控制算法使用Simulink进行控制器的搭建与仿真,并进行轧辊静态局部感应加热温度调控实验验证。结果表明,辊面温度围绕目标温度值小幅振荡,温度控制过程无超调,预设温度550℃时最大误差小于25℃。最后与传统包套轧制工艺进行对比,分析温辊轧制Ti/Ti Al复合板的显微组织,结果表明温辊轧制工艺使Ti Al侧具有更细小的晶粒尺寸,界面区域宽度为75μm,通过轧辊加热和减小包套厚度使界面宽度减小25%。

大型直齿圆柱齿轮局部感应加热过程的数值模拟

大型齿轮的表面局部强化是提高其使用寿命的强化方法之一。应用一种新型感应加热装置对钢板进行局部加热试验,并应用ANSYS APDL对其过程进行数值模拟,验证模型可靠性。在此基础上对大型直齿轮的局部感应加热过程中的温度场及应力场进行模拟仿真求解,对比分析两种加热方案的温度均匀性和应力均匀性。结果表明:此新型感应加热装置对齿轮感应加热效率较高;第5 s时两种方案的温度均匀性分别为92.62%和90.28%;应力均匀性分别为91.78%和97.9%,温度均匀性和热应力均匀性变化趋势不同步。

预应力钢绞线感应加热及其丝间接触模拟研究

预应力钢绞线感应加热是一复杂工艺过程,利用多物理场仿真软件对该过程进行模拟,可为工艺优化提供基础。对于几何方面,由于工艺的连续性,难以确定钢绞线丝间接触情况;对于物理场方面,感应加热是涉及多场的强耦合、强非线性过程。针对以上情况,根据两种丝间接触情况建立了三维钢绞线几何模型,描述了非线性材料参数,建立了相对磁导率关于温度和磁通密度的数值模型,测定了现场温度数据,判断了边丝间是否接触,分析了接触面宽度对加热效果的影响。结果表明:边丝之间是接触的,且现场温度数据与模拟结果较为吻合,验证了模拟的正确性。

钢轨焊接接头感应加热电源三维数学模型及其控制策略研究

钢轨焊接接头必须进行焊后正火处理以提高接头性能,感应加热正火方式相对于火焰加热正火方式具有自动化程度高、正火质量稳定、作业环境好等优势,在钢轨现场焊接接头正火中越来越得到认可。重点研究了钢轨焊接接头感应加热电源的交流侧调功的PFM、PWM、PFM&PWM三种控制方法,通过建立三种控制方法的数学模型和MATLAB三维可视化分析,发现PFM&PWM控制方法在功率开关器件的开关损耗和功率调整过程中频率变化方面具有优势。基于此,提出了基于PFM&PWM控制方法的钢轨焊接接头感应加热电源的控制策略,并结合数学模型说明了其控制轨迹,同时,设计了基于TMS320F28335 DSP芯片的软硬件,实现了该控制策略的控制波形。为钢轨焊接接头感应加热电源的优化控制提供了理论支持,有助于提高钢轨焊接接头的性能和稳定性。