Wspomaganie komputerowe projektowania pieców i nagrzewnic indukcyjnych

(1)

ZBSZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ ₁₉₉₁

S e r i a t HUTNICTWO z. 36 Hr k o l . 1063

C z esław SAJDAK Romuald KADZIMIERZ J a n KURAS

T a d e u sz WIECZOREK I n s t y t u t M e t a l u r g i i

Z ak ład E l e k t r o t e r m i i H u tn ic z e j P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j

WSPOMAGANIE KOMPUTEROWE PROJEKTOWANIA PIECÓW I NAGRZEWNIC INDUKCYJNYCH

S t r e s z c z e n i e . P rzed staw io n o program y użytkow e w spom agające p r o - je k to w a n ie pieców in d u k cy jn y ch ty g lo w y c h (p ro g ra m OPPIT) o r a z n a g rz e w n ic in d u k c y jn c h skrośnych (p ro g ra m OPNIS). Programy u m o ż liw ia j ą w y zn a cz en ie param etrów e le k tr y c z n y c h i c i e p ln y c h ty c h u rz ą d z e ń o r a z o b l i c z e n i a param etrów układów c h ł o d z e n ia , s y m e tr y z a c ji i kom

p e n s a c j i mocy b i e r n e j .

1 . W stęp

P rz y p r o je k to w a n iu pieców i n ag rz e w n ic in d u k c y jn y c h b a rd z o duży j e s t u d z i a ł p r a c o b lic z e n io w y c h , niezbędnych d l a doboru o d p o w ied n ich wymiarów p o s z c z e g ó ln y c h elem entów urządzeń ( n p . w z b u d n ik a , w y ło ż e n ia og n io trw ałeg O j r d z e n i i boczników m agnetycznych) o r a z p ara m etró w układów z a s i l a n i a , s t e r o w a n i a , s y m e t r y z a c j i , kom pensacji mocy b i e r n e j , c h ł o d z e n ia , p o d z e sp o łów m e ch a n ic z n y c h i t p .

Celem ty c h o b l i c z e ń j e s t n ie t y l k o o s i ą g n i ę c i e z a ło ż o n y c h p aram etró w e k s p lo a t a c y j n y c h u r z ą d z e n ia (np. w y d ajn o ść t o p i e n i a lu b n a g r z e w a n ia ), l e c z ró w n ie ż o p ty m a liz a c ja k o n s tr u k c j i p i e c a lu b n a g rz e w n ic y . K onieczna j e s t wówczas w i e l o k r o t n a zmiana z a ło ż e ń i p rz e p ro w a d z e n ie o b l i c z e ń w ie l o w a ria n to w y c h .

W Z a k ła d z ie E l e k t r o t e r m i i H u tn ic ze j p rzy g o to w a n o program y użytkow e u ł a t w i a j ą c e o b l i c z e n i a e le k tr y c z n e , c i e p l n e i c h ło d z e n ia d la pieców in d u k c y jn y c h ty g lo w y c h (p ro g ra m OPPIT) o r a z n a g rz e w n ic in d u k c y jn y c h s k ro ś n y c h (p ro g ra m OPNIS). Program y t e w yraźnie p r z y s p i e s z a j ą p r a c e p r o je k to w e . Czas o b l i c z e ń p aram etrów p ie c a lub n a g rz e w n ic y d la je d n e g o w a r ia n tu d a

n y c h w y jśc io w y ch n i e p r z e k r a c z a k i l k u m in u t, n a to m ia s t p r z y tra d y c y jn y m s p o s o b ie o b l i c z e ń w ynosi k i l k u lub naw et k i l k a n a ś c i e g o d z in . P r o j e k t a n t wspomagany j e s t w momentach podejmowania d e c y z j i n ie zb ę d n y m i in fo rm a c ja m i i z a le c e n ia m i , u ła tw ia ją c y m i wybór w ła śc iw e g o r o z w ią z a n i a .

(2)

g s Cz. S ajdak

2 . Program OPPIT

O b lic z e n ia param etrów p ie có w in d u k c y jn y c h ty g lo w y c h (OPPIT) z ty g la m i ceram icznym i mogą być prow adzone d la «

- wymaganej w y d a jn o ś c i t o p i e n i a p ie c a ( t r y b "w " ),

- z n a n e j mocy i c z ę s t o t l i w o ś c i ź r ó d ła z a s i l a n i a ( t r y b " z " )

o ra z d la je d n e j z t r z e c h k o n s t r u k c j i p i e c a : o t w a r t e j , z a m k n ię te j ( z bo

czn ik am i m agnetycznym i) i ek ra n o w a n ej ( z ekranem m agnetycznym wokół w z b u d n ik a ). Program OPPIT, je g o a lg o ry tm , w ła s n o ś c i i o b s łu g ę p r z e d s t a wiono s z e r z e j w p r a c a c h Jjt»2]* Z a w iw a on n a s t ę p u j ą c e głów ne b l o k i : a) Z a ło ż e n ia w y jścio w e

- wybór t r y b u o b l i c z e ń ,

- w prow adzanie danych w y jśc io w y c h , - o k r e ś l e n i e r o d z a ju k o n s t r u k c j i p i e c a ,

- do b ó r c z ę s t o t l i w o ś c i z a s i l a n i a ( w t r y b i e "w" ) . b ) Podstawowe wymiary t y g l a i w zbudnika

- dobór wymiarów t y g l a i w zb u d n ik a , c ) O b lic z e n ia c i e p l n e

- wybór r o d z a j u m a te r ia łó w o g n io tr w a ły c h i te r m o iz o la c y jn y c h o ra z l i czby 1 g r u b o ś c i i c h w arstw w ew nątrz w z b u d n ik a , na d n ie t y g l a i w p o k ry w ie ,

- w y zn a cz an ie s t r a t c ie p ln y c h w p i e c u . d ) O b lic z e n ia e l e k tr y c z n e

- do b ó r r o d z a ju i wymiarów przew odu nawojowego o r a z l i c z b y zwojów w z b u d n ik a,

- w y zn a cz en ie p ara m etró w e le k tr y c z n e g o sch em atu z a s tę p c z e g o , n a t ę ż e n ia i g ę s t o ś c i p rą d u w u z w o je n iu w z b u d n ik a , w sp ó łc z y n n ik a mocy, mocy c z y n n e j ^ b i e r n e j i p o z o r n e j .

e ) Kom pensacja

- w y zn a cz en ie mocy i l i c z b y k o n d e n sa to ró w do k o m p e n s a c ji mocy b i e r n e j , - o b l i c z e n i a p aram etrów e l e k tr y c z n y c h u r z ą d z e n ia po k o m p e n s a c ji.

f ) S y m e try z a c ja

- w y zn a cz en ie p aram etró w u k ła d u s y m e tr y z a c ji (p o jem n o ść k o n d en sato ró w i ln d u k c y jn o ś ć d ła w i k a ) .

g) U kład c h ło d z e n ia

- w y zn a cz en ie w y d a jn o ś c i pompy ( lu b n a t ę ż e n i a p rz e p ły w u w ody), lic z b y s e k c j i c h ł o d z e n ia , spadku c i ś n i e n i a wody i t p .

h ) B o c z n ik i m ag n ety czn e i ek ra n

- dobór wymiarów boczników m ag n ety czn y ch lu b e k ra n u e le k tro m a g n e ty c z n e go,

- w y zn a cz en ie s t r a t mocy w b o c z n ik a c h lu b w e k r a n i e .

(3)

W spom aganie k o m p u te r o w e .. 99

i ) Wydruk wyników

- s t r a t y c i e p l n e p r z e z p o w ie r z c h n ię b o c z n ą , dno, pokryw ę p ie o a i p o w ie

r z c h n ię k ą p i e l i m e ta lo w e j,

- param etry e l e k t r y c z n e i e k s p l o a t a c y j n e ,

- wymiary p ie o a ( t y g l a , w zb u d n ik a , przew odu naw ojow ego, boczników lu b ek ra n u ),

- p aram etry p i e c a po k o m p e n s a c ji mocy b i e r n e j , - p aram etry u k ła d u c h ł o d z e n i a ,

- b ila n s mocy.

P a ram e try e l e k tr y c z n e g o sc h em a tu z a s tę p c z e g o u k ła d u w zbudnik-w sad mogą b y ć wyznaczone Je d n ą z n a s tę p u j ą c y c h m etod

- tr a n s f o r m a to r a p o w ie trz n e g o (z m o d y fik o w a n a ), - oporów w n ie s io n y c h ,

- oporów m a g n ety c zn y c h .

H a jle p e z e r e z u l t a t y u z y s k u je s i ę s t o s u j ą c p ie rw s z ą z t y c h m etod, bowiem w lic z n y c h p rz y p a d k a c h s tw ie rd z o n o d la n i e j n a j m n ie js z e r o z b i e ż n o ś c i z w ynikam i pomiarów w ykonanych n a o b ie k ta c h r z e c z y w is ty c h .

Program u m o ż liw ia a n a l i z ę układów z a s i l a n i a z tr a n s f o r m a to re m d o p aso w ującym i bez t r a n s f o r m a t o r a , z k o n d e n s a to ra m i kom pensującym i p r z y łą c z o nym i po s tr o n ie p ie r w o tn e j lu b w t ó r n e j . Po o k r e ś l e n i u p aram etró w e l e k t r y c z n y c h p ieca o r a z u k ła d u k o m p e n s a c ji w b lo k a c h "d " i " e " o b l i c z e n i a mogą b y ć kontynuowane ( w b lo k a c h nf " - " h " ) lu b p o w tó rz o n e d l a in n y c h z a ło ż e ń w y jśclow ych. Na każdym e t a p i e o b l i c z e ń m ożliw y j e s t pow rót do w c z e ś n i e j

s z y c h bloków w c e l u zm iany dow olnych z o b lic z o jn y c h lu b w ybranych wymiarów i param etrów .

3 . Program OHtlS

Program OFNIS p r z e z n a c z o n y j e s t do p r o je k t o w a n ia n a g rz e w n ic in d u k c y j

n y c h sk ro an y c h . O b lic z e n ia możnla p ro w a d z ić d la n a g rz e w a n ia p rz e lo to w e g o lu b s ta c jo n a r n e g o wsadów p r o s to k ą t n y c h i c y l in d r y c z n y c h ( p e łn y c h i r u r o w y c h ), z m e ta li n i e ż e la z n y c h i s t a l i .

K o n s tru k c ja i f u n k c je program u OFNIS s ą b a rd z o podobne do program u OPPIT. Dla w y b ra n e j m etody n a g r z e w a n ia , r o d z a j u , k s z t a ł t u i wymiarów w sadu o raz z a d a n e j w y d a jn o ś c i ( l u b c z a s u ) n a g rz e w a n ia do te m p e r a tu ry k o ń cow ej d o b ie ra s i ę :

- wymiary w zb u d n ik a ,

- n a p i ę c ie i c z ę s t o t l i w o ś ć ś r ó d ł a z a s i l a n i a ,

- m a te r ia ły te r m o iz o la c y j n e i o g n io tr w a ł e o r a z l i c z b ę i g r u b o ś c i ic h w arstw ,

- wymiary przew odu nawojowego o r a z l i c z b ę zwojów w zb udnika o r a z w yznacza s i ę :

- p a ra m e try e le k tr y c z n e g o sc h e m a tu z a s tę p c z e g o i n a je g o p o d s ta w ie n a t ę -

(4)

100 C z. S a jd a k

ż o n ie p rą d u w zbudnika, moc c z y n n ą , b i e r n ą 1 p o z o rn ą n a g rz e w n ic y , w spół

c z y n n ik mocy,

- moc i l i c z b ę k o n d en sato ró w do k o m p e n s a c ji mocy b i e r n e j , - p a ra m e try u k ła d u s y m e tr y ż u ją c e g o ,

- p a ra m e try u k ła d u c h ło jd z e n ia wodnego.

P a ra m e try e le k tr y c z n e g o schem atu z a s tę p c z e g o można w yznaczaó m etodą t r a n s f o r m a to r a p o w ie trz n e g o lu b m ag n ety c zn y c h [V ] .

W łasn o śc i i o b s łu g ę program u p r z e d s ta w io n o s z e r z e j w p r a c y

[V].

4 . Podsumowanie

Program y kom puterowe OPPIT i OPNIS sto so w a n e s ą w p r a c a c h p ro je k to w y c h pieców in d u k c y jn y c h ty g lo w y o h i n a g rz e w n ic in d u k c y jn y c h a k r o ś n y c h . Z eb ra

ne d o ś w ia d c z e n ia w y k a z u ją , że d o k ła d n o ś ć o b l i c z e ń J e s t w y s ta r c z a ją c a d la celów p r o je k to w a n ia , co z o s t a ł o p o tw ie rd z o n e pom iaram i p ara m etró w e l e k tr y c z n y c h u r z ą d z e ń przem y sło w y ch .

LITERATURA

£ l ] K ad z im ie rz R. i i n n i i O pracow anie i u ru c h o m ie n ie programów s p e c j a l i s t y c z n y c h w spom agających p r a c e p r o je k to w e w tym z w ła sz c z a d la p ieców in d u k c y jn y c h . I n s t y t u t M e t a l u r g i i P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j , K atow ice 1987 C n i e p u b lik o w a n e ) .

£2] S ajd ak Cz. i in n i» Wspomaganie kom puterowe p r o je k to w a n ia pieców in d u k c y jn y c h ty g lo w y c h . I I I K o n fe re n c ja "B adania naukowe w e l e k t r o - t e r m i i " , W isła 1988, s . 2 8 -3 9 .

£3] S ajd ak C z ., Samek E. 1 N agrzew anie in d u k c y jn e . Podstaw y te o r e ty c z n e i z a s to s o w a n ie . Wyd. " Ś l ą s k " , K atow ice 1987.

£43 K ad zim ierz R. i i n n i i O pracow anie program u do w y zn a cz an ia param e

tró w n a g rz e w n ic in d u k c y jn y c h do wsadów p r o s to k ą t n y c h i c y l i n d r y c z n y c h , p e łn y c h i ru ro w y c h , z m e t a l i n i e ż e la z n y c h i a t a l i do n a g rz e w a n ia s k ro ś n e g o s t a c j o n a r n e g o i p r z e lo to w e g o . I n s t y t u t M e ta lu r

g i i P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j , K ato w ice 1988 ( n i e p u b lik o w a n e ) .

COMPUTER - AIDED DESIGN OP INDUCTION HEATERS AND FURNACES Summary

A s s i s t i n g program m es f o r c r u c i b l e i n d u c t i o n f u r n a c e s d e s ig n s (OPPIT program m e) and th r o u g h i n d u c t i o n h e a t e r s (OPNIS programme j d e s ig n s have t e e n p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r . T hese program m es e n a b le e l e c t r i c a l and h e a t p a r a m é tr é s d é t e r m i n a t i o n f o r t h e s e i n s t a l l a t i o n s a a w e l l , a s c o o l in g s y ste m p a r a m é tr é s c a l c u l a t i o n and s y m m e tr iz a tio n and c o m p e n s a tio n o f r e a c t i v e p o w er.

(5)

Wspomagań i a kom put a r o w e . . 101

KOMÜbiOTiSPHOE IEPOEKSHPOBAHHE HHS>'KLUIOHHHX IIEMEił H HAXPEBATEJIEÎl

Peaœue

n p e a c T a B J i e H W n p H K J i a f l H b i e n p o r p a M K b i n o M o r a j o m a e n p o s K T J t p o B a T b H H a y r a m o H - Htie T H r e j i b K b i e n e n a ( n p o r p a M M a O P P I T ) a i a K » e H H f l y K U H O H H b i e c k b o 3 H b i e n a - r p e B a T e j i K ( n p o r p a M x a O P N I S ) . n p o r p a M M b i « a s o T B 0 3 M 0 * H 0 C T b p a c a H T a T b 3 j i e - K T p M H © C K J i e u T e r u i o B b i e n a p a n e T p b i s t h x y c T p o ü c T B

n

n o f l c x H T a - r b n a p a x e T p b i C Ü C T e M O X J i a î K B B H H H , C H M M B T p K p O B a H M f l H K O M n B H C a U M H p e a K T H B H O Ü M O U t H O C T H .